JP2023052052A - Crispr effector system based diagnostics for virus detection - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide nucleic acid detection technologies that provide high specificity and sensitivity at low-cost and are of great utility in both clinical and basic research settings.
SOLUTION: Provided herein is a nucleic acid detection system comprising: a CRISPR system comprising an effector protein and one or more guide RNAs designed to bind to corresponding target molecules; an RNA-based masking construct; and optionally, nucleic acid amplification reagents to amplify target RNA molecules in a sample. In another aspect, the embodiments provide a polypeptide detection system comprising: a CRISPR system comprising an effector protein and one or more guide RNAs designed to bind a trigger RNA; an RNA-based masking construct; and one or more detection aptamers comprising a masked RNA polymerase promoter binding site or a masked primer binding site. In some embodiments, the system may be used to detect viruses in samples.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

関連出願に対する相互参照
本願は、2017年3月15日に提出された米国特許仮出願第62/471,931号、2017年4月12日に提出された米国特許仮出願第62/484,857号、2017年7月7日に提出された米国特許仮出願第62/530,086号、2017年10月5日に提出された米国特許仮出願第62/568,315号、2017年11月17日に提出された米国特許仮出願第62/588,138号、および2017年12月8日に提出された米国特許仮出願第62/596,735号に対する優先権を主張するものである。上に特定された出願の全内容は参照により本明細書に完全に組み込まれる。

連邦政府による資金提供を受けた研究に関する陳述
Cross-Reference to Related Applications No., U.S. Provisional Application No. 62/530,086 filed July 7, 2017, U.S. Provisional Application No. 62/568,315 filed October 5, 2017, November 2017 No. 62/588,138, filed Dec. 17, and U.S. Provisional Application No. 62/596,735, filed Dec. 8, 2017. The entire contents of the applications identified above are fully incorporated herein by reference.

STATEMENT REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH

本発明は、国立衛生研究所による助成番号MH100706、MH110049、AI110818およびアメリカ国防脅威削減局による助成番号HDTRA1-14-1-0006からの助成を受け、米国政府の支援によってなされた。米国政府は本発明に対して特定の権利を有する。
[技術分野]
This invention was made with United States Government support under Grant Nos. MH100706, MH110049, AI110818 from the National Institutes of Health and Grant No. HDTRA1-14-1-0006 from the Defense Threat Reduction Agency. The United States Government has certain rights in this invention.
[Technical field]

本明細書で開示される主題は、一般に、クラスター化短鎖反復回文配列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats=CRISPR)エフェクター系の使用に関する高速診断法を目的とする。 The subject matter disclosed herein is generally directed to rapid diagnostics related to the use of clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) effector systems.

核酸は、生物学的情報の普遍的な特徴である。持ち運び可能な装置を用いて高感度かつ単塩基特異性により核酸を高速に検出する能力は、多くの疾患に対する診断および監視に革命を起こし、有益な疫学情報を提供し、一汎用性のある科学的道具として機能する可能性を有する。核酸を検出する方法は多数開発されている(Du et al., 2017; Green et al., 2014; Kumar et al., 2014; Pardee et al., 2014; Pardee et al., 2016; Urdea et al., 2006)が、感度、特異性、簡便さ、それに速度の間に妥協が必要という課題があることは否めない。例えば、定量PCR法は高感度であるが、高価であり、複雑な装置に依存している。このため、その使用は研究室という環境で高度に訓練された操作者に限定される。他の方法、例えば、等温核酸増幅を持ち運び可能な装置と組み合わせる新規な方法(Du et al., 2017; Pardee et al., 2016)は、診療現場(POC)という設定で高い検出特異性を提供するが、感度が低いためその用途は幾分制限される。核酸診断法の様々な健康管理用途に対する適性は高まりつつあり、低コストで高特異性と高感度を提供する検出技術があれば臨床および基礎研究の場面で非常に有用である。 Nucleic acids are a ubiquitous feature of biological information. The ability to rapidly detect nucleic acids with high sensitivity and single-base specificity using portable instruments will revolutionize the diagnosis and surveillance of many diseases, provide valuable epidemiological information, and contribute to the advancement of universal science. It has the potential to function as a public tool. A number of methods have been developed to detect nucleic acids (Du et al., 2017; Green et al., 2014; Kumar et al., 2014; Pardee et al., 2014; Pardee et al., 2016; Urdea et al. ., 2006) are subject to compromises between sensitivity, specificity, simplicity, and speed. For example, quantitative PCR methods are sensitive but expensive and rely on complex equipment. As such, its use is limited to highly trained operators in a laboratory environment. Other methods, such as novel methods that combine isothermal nucleic acid amplification with portable equipment (Du et al., 2017; Pardee et al., 2016), offer high detection specificity in the point-of-care (POC) setting. However, its use is somewhat limited due to its low sensitivity. Nucleic acid diagnostics are becoming increasingly suitable for a variety of health care applications, and detection techniques that provide high specificity and sensitivity at low cost would be of great value in clinical and basic research settings.

一側面では、本発明は、エフェクタータンパク質、および対応する標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系、RNA系マスキング構築物、および任意であるが試料中の標的RNA分子を増幅するための核酸増幅試薬を含む核酸検出システムを提供する。他の側面では、いくつかの実施形態は、エフェクタータンパク質およびトリガーRNAに結合するように設計された1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系、RNA系マスキング構築物、ならびにマスクされたRNAポリメラーゼプロモーター結合部位またはマスクされたプライマー結合部位を含む1種以上の検出アプタマーを含むポリペプチド検出システムを提供する。 In one aspect, the invention provides a CRISPR system comprising an effector protein and one or more guide RNAs designed to bind to the corresponding target molecule, an RNA-based masking construct, and optionally a target RNA in a sample. A nucleic acid detection system is provided that includes nucleic acid amplification reagents for amplifying molecules. In other aspects, some embodiments are CRISPR systems comprising one or more guide RNAs designed to bind to effector proteins and trigger RNAs, RNA-based masking constructs, and masked RNA polymerase promoter binding sites Alternatively, a polypeptide detection system comprising one or more detection aptamers containing masked primer binding sites is provided.

さらにいくつかの実施形態では、前記系は核酸増幅試薬をさらに含んでいてもよい。これら核酸増幅試薬は、RNAポリメラーゼプロモーターを含むプライマーを含んでいてもよい。特定の態様では、試料核酸を増幅してRNAポリメラーゼプロモーターを含むDNA鋳型を得て、これにより転写により標的RNA分子を生成してもよい。前記核酸はDNAであってもよく、本明細書で記載する任意の方法で増幅されていてもよい。前記核酸はRNAであってもよく、本明細書で記載する逆転写法で増幅されていてもよい。プライマー結合部位のマスキングを外す際にアプタマー配列を増幅してもよく、これにより増幅されたDNA生成物からトリガーRNAが転写される。前記標的分子は標的DNAであってもよく、前記系は標的DNAに結合するプライマー、およびRNAポリメラーゼプロモーターをさらに含んでいてもよい。 Additionally, in some embodiments, the system may further comprise nucleic acid amplification reagents. These nucleic acid amplification reagents may contain primers containing RNA polymerase promoters. In certain embodiments, sample nucleic acid may be amplified to provide a DNA template containing an RNA polymerase promoter, which by transcription produces a target RNA molecule. The nucleic acid may be DNA and may be amplified by any method described herein. Said nucleic acid may be RNA and may have been amplified by the reverse transcription method described herein. The aptamer sequence may be amplified upon unmasking the primer binding site, which transcribes the trigger RNA from the amplified DNA product. Said target molecule may be target DNA, and said system may further comprise a primer that binds to target DNA, and an RNA polymerase promoter.

一例としての実施形態では、CRISPR系エフェクタータンパク質はRNA標的エフェクタータンパク質である。RNA標的エフェクタータンパク質としては、例えば、C2c2(現在ではCas13aとして知られている)、Cas13b、およびCas13aが挙げられる。自明であるが、本明細書の用語「C2c2」は、「Cas13a」と互いに言い換え可能である。別の例としての実施形態では、RNA標的エフェクタータンパク質はC2c2である。他の実施形態では、C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、カンピロバクター、およびラクノスピラの属からなる群より選択される生物由来である。あるいはC2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア・シャーイイ、レプトトリキア・ウェイディイ、リステリア・シーリゲリ、クロストリジウム・アミノフィルム、カーノバクテリウム・ガリナルム、パルディバクター・プロピオニシゲネス、リステリア・ウェイヘンステファネンシスからなる群より選択される生物である。あるいはC2c2エフェクタータンパク質はL.ウェイディイF0279またはL.ウェイディイF0279(Lw2)C2C2エフェクタータンパク質である。他の態様では、前記1種以上のガイドRNAは、標的RNAまたはDNAでの一塩基多型、転写物のスプライシング多様体、またはフレームシフト変異を検出するように設計されている。 In one exemplary embodiment, the CRISPR system effector protein is an RNA target effector protein. RNA target effector proteins include, for example, C2c2 (now known as Casl3a), Casl3b, and Casl3a. Obviously, the term "C2c2" herein is interchangeable with "Casl3a". In another exemplary embodiment, the RNA target effector protein is C2c2. In other embodiments, the C2c2 effector protein is Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroides, Flaviibora, Flavobacterium, Sphaerocheta, Azospirillum, Gluco It is from an organism selected from the group consisting of the genera Nacetobacter, Neisseria, Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratifructor, Mycoplasma, Campylobacter, and Lachnospira. Alternatively, the C2c2 effector protein is selected from the group consisting of Leptotrichia shaii, Leptotrichia weedii, Listeria seeligeri, Clostridium aminophyllum, Canobacterium gallinarum, Pardibacter propionisigenes, Listeria weihenstephanensis. It is a living organism. Alternatively, the C2c2 effector protein is L. Weedy F0279 or L.I. Weidi F0279 (Lw2) is a C2C2 effector protein. In other aspects, the one or more guide RNAs are designed to detect single nucleotide polymorphisms, transcript splicing variants, or frameshift mutations in the target RNA or DNA.

他の実施形態では、前記1種以上のガイドRNAは、疾患の状態の診断に用いられる1種以上の標的分子に結合するように設計されている。さらなる実施形態では、前記疾患の状態は、感染、臓器疾患、血液疾患、免疫系疾患、癌、脳および神経系疾患、内分泌腺疾患、妊娠または出産に関する疾患、遺伝疾患、または環境要因性疾患である。さらなる実施形態では、前記疾患の状態は癌、自己免疫疾患、または感染である。 In other embodiments, the one or more guide RNAs are designed to bind to one or more target molecules used for diagnosis of disease states. In further embodiments, the disease state is an infection, organ disease, blood disease, immune system disease, cancer, brain and nervous system disease, endocrine disease, pregnancy or childbirth related disease, genetic disease, or environmental disease. be. In further embodiments, the disease state is cancer, an autoimmune disease, or an infection.

さらなる実施形態では、前記1種以上のガイドRNAは、癌に特異的な体細胞変異を含む1種以上の標的分子に結合するように設計されている。前記癌に特異的な変異は薬物耐性を付与してもよい。この薬物耐性変異は、イブルチニブ、エルロチニブ、イマチニブ、ゲフィチニブ、クリゾチニブ、トラスツズマブ、ベムラフェニブ、RAF/MEK、免疫チェックポイント阻害療法、または抗エストロゲン治療による治療によって誘導されてもよい。前記癌に特異的な変異は、プログラム死リガンド1(PD-L1)、アンドロゲン受容体(AR)、ブルトン型チロシンキナーゼ(BTK)、上皮細胞増殖因子受容体(EGFR)、BCR-Abl、c-kit、PIK3CA、HER2、EML4-ALK、KRAS、ALK、ROS1、AKT1、BRAF、MEK1、MEK2、NRAS、RAC1、およびESR1からなる群より選択されるタンパク質をコードする1個以上の遺伝子に存在してもよい。前記癌に特異的な変異は、以下の染色体バンド、6q16.1-q21、6q22.31-q24.1、6q25.1-q26、7p11.2-q11.1、8p23.1、8p11.23-p11.21(IDO1、IDO2を含む)、9p24.2-p23(PDL1、PDL2を含む)、10p15.3、10p15.1-p13、11p14.1、12p13.32-p13.2、17p13.1(ALOX12B、ALOX15Bを含む)、および22q11.1-q11.21の何れかに影響を及ぼす染色体全体の事象を除き、CASP8、B2M、PIK3CA、SMC1A、ARID5B、TET2、ALPK2、COL5A1、TP53、DNER、NCOR1、MORC4、CIC、IRF6、MYOCD、ANKLE1、CNKSR1、NF1、SOS1、ARID2、CUL4B、DDX3X、FUBP1、TCP11L2、HLA-A、B、またはC、CSNK2A1、MET、ASXL1、PD-L1、PD-L2、IDO1、IDO2、ALOX12BおよびALOX15B、からなる群より選択される遺伝子の変異またはコピー数増加であってもよい。 In further embodiments, said one or more guide RNAs are designed to bind to one or more target molecules comprising cancer-specific somatic mutations. Said cancer-specific mutation may confer drug resistance. This drug resistance mutation may be induced by treatment with ibrutinib, erlotinib, imatinib, gefitinib, crizotinib, trastuzumab, vemurafenib, RAF/MEK, immune checkpoint inhibition therapy, or anti-estrogen therapy. The cancer-specific mutations include programmed death ligand 1 (PD-L1), androgen receptor (AR), Bruton's tyrosine kinase (BTK), epidermal growth factor receptor (EGFR), BCR-Abl, c- kit, PIK3CA, HER2, EML4-ALK, KRAS, ALK, ROS1, AKT1, BRAF, MEK1, MEK2, NRAS, RAC1, and ESR1. good too. The cancer-specific mutations include the following chromosomal bands: 6q16.1-q21, 6q22.31-q24.1, 6q25.1-q26, 7p11.2-q11.1, 8p23.1, 8p11.23- p11.21 (including IDO1 and IDO2), 9p24.2-p23 (including PDL1 and PDL2), 10p15.3, 10p15.1-p13, 11p14.1, 12p13.32-p13.2, 17p13.1 ( ALOX12B, ALOX15B), and CASP8, B2M, PIK3CA, SMC1A, ARID5B, TET2, ALPK2, COL5A1, TP53, DNER, NCOR1, except for chromosomal-wide events affecting any of 22q11.1-q11.21 , MORC4, CIC, IRF6, MYOCD, ANKLE1, CNKSR1, NF1, SOS1, ARID2, CUL4B, DDX3X, FUBP1, TCP11L2, HLA-A, B, or C, CSNK2A1, MET, ASXL1, PD-L1, PD-L2, It may be mutation or copy number increase of a gene selected from the group consisting of IDO1, IDO2, ALOX12B and ALOX15B.

さらなる実施形態では、前記1種以上のガイドRNAは、ヘテロ接合性の消失(LOH)マーカーを含む1種以上の標的分子に結合するように設計されていてもよい。 In a further embodiment, said one or more guide RNAs may be designed to bind to one or more target molecules comprising a loss of heterozygosity (LOH) marker.

さらなる実施形態では、前記1種以上のガイドRNAは、一塩基多型(SNP)を含む1種以上の標的分子に結合するように設計されていてもよい。前記疾患は心疾患であってもよく、前記標的分子はVKORC1、CYP2C9、およびCYP2C19であってもよい。 In further embodiments, the one or more guide RNAs may be designed to bind to one or more target molecules that contain single nucleotide polymorphisms (SNPs). The disease may be heart disease and the target molecule may be VKORC1, CYP2C9 and CYP2C19.

さらなる実施形態では、前記疾患の状態は、妊娠または出産に関する疾患または遺伝疾患であってもよい。前記試料は血液試料または粘液試料であってもよい。前記疾患は、三染色体性13、三染色体性16、三染色体性18、クラインフェルター症候群(47、XXY)、(47、XYY)および(47、XXX)、ターナー症候群、ダウン症候群(三染色体性21)、嚢胞性線維症、ハンチントン病、βサラセミア、筋剛直性ジストロフィー、鎌状赤血球性貧血、ポルフィリン症、脆弱X症候群、ロバートソン型転座、アンジェルマン症候群、ディジョージ症候群、およびウォルフ・ヒルシュホーン症候群からなる群より選択されてもよい。 In further embodiments, the disease state may be a pregnancy or childbirth related disease or a genetic disease. Said sample may be a blood sample or a mucus sample. Said diseases include trisomy 13, trisomy 16, trisomy 18, Klinefelter's syndrome (47, XXY), (47, XYY) and (47, XXX), Turner's syndrome, Down's syndrome (trisomy 21 ), cystic fibrosis, Huntington's disease, beta-thalassemia, muscular dystrophy, sickle cell anemia, porphyria, fragile X syndrome, Robertsonian translocations, Angelman syndrome, DiGeorge syndrome, and Wolf-Hirschhorn It may be selected from the group consisting of syndromes.

さらなる実施形態では、前記感染はウイルス、細菌、または真菌により引き起こされる、あるいは前記感染はウイルス感染である。特定の実施形態では、ウイルス感染は二本鎖RNAウイルス、プラス鎖RNAウイルス、マイナス鎖RNAウイルス、レトロウイルス、またはこれらの組み合わせにより引き起こされる。あるいは、ウイルス感染は、コロナウイルス科ウイルス、ピコルナウイルス科ウイルス、カリシウイルス科ウイルス、フラビウイルス科ウイルス、トガウイルス科ウイルス、ボルナウイルス科、フィロウイルス科、パラミクソウイルス科、ニューモウイルス亜科、ラブドウイルス科、アレナウイルス科、ブニヤウイルス科、オルトミクソウイルス科、またはデルタウイルス属により引き起こされる。あるいは、前記ウイルス感染は、コロナウイルス、SARS、ポリオウイルス、ライノウイルス、A型肝炎ウイルス、ノーウォークウイルス、黄熱ウイルス、西ナイルウイルス、C型肝炎ウイルス、デング熱ウイルス、ジカウイルス、風疹ウイルス、ロスリバーウイルス、シンドビスウイルス、チクングニアウイルス、ボルナ病ウイルス、エボラウイルス、マールブルグウイルス、麻疹ウイルス、ムンプスウイルス、ニパウイルス、ヘンドラウイルス、ニューカッスル病ウイルス、ヒト呼吸器多核体ウイルス、狂犬病ウイルス、ラッサウイルス、ハンタウイルス、クリミア・コンゴ出血熱ウイルス、インフルエンザ、またはD型肝炎ウイルスにより引き起こされる。 In further embodiments, said infection is caused by a virus, bacteria, or fungus, or said infection is a viral infection. In certain embodiments, viral infections are caused by double-stranded RNA viruses, positive-stranded RNA viruses, negative-stranded RNA viruses, retroviruses, or combinations thereof. Alternatively, the viral infection may be a coronavirus, picornaviridae, caliciviridae, flaviviridae, togaviridae, bornaviridae, filoviridae, paramyxoviridae, pneumoviridae, It is caused by the genera Rhabdoviridae, Arenaviridae, Bunyaviridae, Orthomyxoviridae, or Deltavirus. Alternatively, the viral infection is coronavirus, SARS, poliovirus, rhinovirus, hepatitis A virus, Norwalk virus, yellow fever virus, West Nile virus, hepatitis C virus, dengue virus, Zika virus, rubella virus, Ross virus. River virus, Sindbis virus, Chikungunya virus, Borna virus, Ebola virus, Marburg virus, Measles virus, Mumps virus, Nipah virus, Hendra virus, Newcastle disease virus, Human respiratory syncytial virus, Rabies virus, Lassa virus, Hanta Caused by viruses, Crimean-Congo hemorrhagic fever virus, influenza, or hepatitis D virus.

本発明の他の実施形態では、RNA系マスキング構築物は、検出可能な陽性信号の生成を抑制する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は、前記検出可能な陽性信号をマスキングすることにより検出可能な陽性信号の生成を抑制するか、その代わりに検出可能な陰性信号を生成する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は、レポート構築物によってコードされた遺伝子産物の生成を抑制するサイレンシングRNAを含み、前記遺伝子産物は発現すると検出可能な陽性信号を生成する。 In other embodiments of the invention, the RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal. Alternatively, the RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal by masking the detectable positive signal, or alternatively produces a detectable negative signal. Alternatively, said RNA-based masking construct comprises a silencing RNA that suppresses production of a gene product encoded by the reporting construct, said gene product producing a detectable positive signal upon expression.

さらなる実施形態では、前記RNA系マスキング構築物は、前記検出可能な陰性信号を生成するリボザイムであり、前記検出可能な陽性信号は前記リボザイムが不活性化されると生成される。あるいは、前記リボザイムは基質を第一の色に変換し、前記リボザイムが不活性化されると前記基質は第二の色に変化する。 In a further embodiment, said RNA-based masking construct is a ribozyme that produces said detectable negative signal, and said detectable positive signal is produced upon inactivation of said ribozyme. Alternatively, the ribozyme converts a substrate to a first color and the substrate changes to a second color when the ribozyme is inactivated.

他の実施形態では、前記RNA系マスキング因子はRNAアプタマーである。あるいは、前記アプタマーは、基質に作用することで前記アプタマーから放出される際に検出可能な信号を生成する酵素を隔離する。あるいは、前記アプタマーは、前記アプタマーから放出されると結合して検出可能な信号を生成する1対の因子を隔離する。 In another embodiment, said RNA-based masking factor is an RNA aptamer. Alternatively, the aptamer sequesters an enzyme that acts on a substrate to produce a detectable signal upon release from the aptamer. Alternatively, the aptamer sequesters a pair of factors that bind to produce a detectable signal upon release from the aptamer.

他の態様では、前記RNA系マスキング構築物は、検出可能なリガンドおよびマスキング成分が付加されたRNAオリゴヌクレオチドを含む。他の態様では、前記検出可能なリガンドは蛍光色素分子であり、前記マスキング成分は消光分子であるか、これらに限定されないが、NASBA(核酸配列に基づく増幅)またはRPA試薬など、標的RNA分子を増幅する試薬である。 In other aspects, the RNA-based masking construct comprises an RNA oligonucleotide to which a detectable ligand and masking moiety are attached. In other embodiments, the detectable ligand is a fluorophore and the masking moiety is a quenching molecule, such as, but not limited to, NASBA (Nucleic Acid Sequence Based Amplification) or RPA reagents. It is an amplifying reagent.

他の側面では、本発明は、1つ以上の個別の容積を含む診断装置を提供し、前記1つ以上の個別の容積はそれぞれ、CRISPRエフェクタータンパク質、対応する標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNA、RNA系マスキング構築物を含み、さらに核酸増幅試薬を含んでいてもよい。 In another aspect, the invention provides a diagnostic device comprising one or more discrete volumes, each of said one or more discrete volumes designed to bind to a CRISPR effector protein, a corresponding target molecule. It also contains one or more guide RNAs, an RNA-based masking construct, and may also contain nucleic acid amplification reagents.

他の側面では、本発明は1つ以上の個別の容積を含む診断装置し、各個別の容積はCRISPRエフェクタータンパク質、トリガーRNAに結合するように設計された1種以上のガイドRNA、マスクされたRNAポリメラーゼプロモーター結合部位またはマスクされたプライマー結合部位を含む1種以上の検出アプタマーを含み、さらに核酸増幅試薬を含んでいてもよい。 In another aspect, the invention provides a diagnostic device comprising one or more discrete volumes, each discrete volume comprising a CRISPR effector protein, one or more guide RNAs designed to bind to a trigger RNA, a masked One or more detection aptamers containing an RNA polymerase promoter binding site or a masked primer binding site are included, and may further include nucleic acid amplification reagents.

態様によっては、前記個別の容積は液滴である、個別の容積は固体基質に規定されている、マイクロウェルである、あるいは紙の基質のような基質に規定されたスポットである。 In some embodiments, the discrete volumes are droplets, discrete volumes are defined in a solid substrate, are microwells, or are spots defined in a substrate such as a paper substrate.

特定の他の例示的な実施形態では、前記核酸検出システムは、1種以上のウイルス標的を検出するように設計されて、抗ウイルス治療を組み合わせて用いられる。特定の例示的な実施形態では、前記抗ウイルス治療は、クラス2、VI型CRISPR系抗ウイルス系である。例えば、前記核酸検出システムは、適切な治療薬を選択するため、特定の患者に感染しているか所与の大流行で蔓延しているウイルス株の薬物耐性または感受性に対する抗ウイルス系と併用されてもよい。これは、治療の途中で発生する新規な変異、および治療耐性の発生に繋がることが分かっている変異を検知することができる診断システムを含む。本明細書で開示される実施形態のそのような診断システムを抗ウイルス治療に対するコンパニオン診断として用いて、適切な初期抗ウイルス治療を選択し、また発生する可能性のある耐性変異体に応答して抗ウイルス治療を修正してもよい。前記抗ウイルス系がクラス2、VI型CRISPR系抗ウイルス治療である例示的な実施形態では、本明細書で開示される実施形態の診断システムを用いてクラス2、VI型CRISPR系抗ウイルス治療によってエフェクタータンパク質を標的ウイルス因子核酸配列に向けるのに用いられるガイド配列を選択および/または修飾してもよい。 In certain other exemplary embodiments, the nucleic acid detection system is designed to detect one or more viral targets and is used in combination with antiviral therapy. In certain exemplary embodiments, said antiviral therapy is a Class 2, Type VI CRISPR-based antiviral system. For example, the nucleic acid detection system may be used in conjunction with an antiviral system against drug resistance or susceptibility of viral strains infecting a particular patient or prevalent in a given outbreak to select appropriate therapeutic agents. good too. This includes diagnostic systems that can detect novel mutations that arise during therapy, as well as mutations known to lead to the development of therapy resistance. Such diagnostic systems of embodiments disclosed herein can be used as a companion diagnostic to antiviral therapy to select appropriate initial antiviral therapy and in response to resistance variants that may arise. Antiviral therapy may be modified. In an exemplary embodiment, wherein the antiviral system is a Class 2, Type VI CRISPR-based antiviral therapy, a Class 2, Type VI CRISPR-based antiviral therapy using the diagnostic system of the embodiments disclosed herein Guide sequences may be selected and/or modified that are used to direct effector proteins to target viral agent nucleic acid sequences.

一態様では、前記RNA標的エフェクタータンパク質は、C2c2、Cas13b、またはCas13cなどのCRISPR、VI型RNA標的エフェクタータンパク質である。特定の例示的な実施形態では、前記C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、およびカンピロバクターからなる群より選択される生物由来である。あるいは、前記C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア・シャーイイ、L.ウェイディイ、リステリア・シーリゲリ、ラクノスピラ科細菌、クロストリジウム・アミノフィルム、カーノバクテリウム・ガリナルム、パルディバクター・プロピオニシゲネス、リステリア・ウェイヘンステファネンシス、リステリア科細菌,およびロドバクター・カプスラータからなる群より選択される。あるいは、前記C2c2エフェクタータンパク質はL.ウェイディイF0279またはL.ウェイディイF0279(Lw2)C2c2エフェクタータンパク質である。他の態様では、前記1種以上のガイドRNAは、疾患の状態の診断に用いられる1種以上の標的RNA配列に結合するように設計されている。 In one aspect, said RNA target effector protein is a CRISPR, type VI RNA target effector protein such as C2c2, Casl3b, or Casl3c. In certain exemplary embodiments, the C2c2 effector protein is Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroides, Flaviibora, Flavobacterium, Spherocheta , Azospirillum, Gluconacetobacter, Neisseria, Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratifructor, Mycoplasma, and Campylobacter. Alternatively, said C2c2 effector protein is derived from Leptotrichia shaiii, L. selected from the group consisting of Weidii, Listeria seeligeri, Lachnospiraceae, Clostridium aminophyllum, Carnobacterium gallinarum, Pardibacter propionisigenes, Listeria weihenstephanensis, Listeriaceae, and Rhodobacter capsulata be done. Alternatively, said C2c2 effector protein is L. Weedy F0279 or L.I. Weidi F0279 (Lw2) is a C2c2 effector protein. In another aspect, the one or more guide RNAs are designed to bind to one or more target RNA sequences used for diagnosis of disease states.

特定の例示的な実施形態では、前記RNA系マスキング構築物は、検出可能な陽性信号の生成を抑制する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は、検出可能な陽性信号をマスキングすることで検出可能な陽性信号の生成を抑制するか、あるいは代わりに検出可能な陰性信号を生成する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は、レポート構築物によりコードされる遺伝子産物の生成を抑制するサイレンシングRNAを含み、前記遺伝子産物は発現すると前記検出可能な陽性信号を生成する。 In certain exemplary embodiments, said RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal. Alternatively, the RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal by masking a detectable positive signal, or alternatively produces a detectable negative signal. Alternatively, said RNA-based masking construct comprises a silencing RNA that inhibits production of a gene product encoded by a reporting construct, said gene product producing said detectable positive signal upon expression.

他の例示的な実施形態では、前記RNA系マスキング構築物は、検出可能な陰性信号を生成するリボザイムであり、前記リボザイムが不活性化されると前記検出可能な陽性信号が生成される。一例示的な実施形態では、前記リボザイムは基質を第一の色に変換し、前記基質は前記リボザイムが不活性化されると第二の色に変化する。他の例示的な実施形態では、前記RNA系マスキング因子は酵素を隔離するアプタマーであり、前記酵素は、基質に作用することで前記アプタマーから放出される際に検出可能な信号を生成する。あるいは、前記アプタマーは、前記アプタマーから放出されると結合して検出可能な信号を生成する1対の因子を隔離する。 In another exemplary embodiment, said RNA-based masking construct is a ribozyme that produces a detectable negative signal, and inactivation of said ribozyme produces said detectable positive signal. In one exemplary embodiment, the ribozyme converts a substrate to a first color, and the substrate changes to a second color when the ribozyme is inactivated. In another exemplary embodiment, said RNA-based masking factor is an aptamer sequestering enzyme, said enzyme producing a detectable signal upon release from said aptamer upon acting on a substrate. Alternatively, the aptamer sequesters a pair of factors that bind to produce a detectable signal upon release from the aptamer.

他の例示的な実施形態では、前記RNA系マスキング構築物は、検出可能なリガンドオリゴヌクレオチドおよびマスキング成分が付加されたRNAオリゴヌクレオチドを含む。特定の例示的な実施形態では、前記検出可能なリガンドは蛍光色素分子であり、前記マスキング成分は消光分子である。 In another exemplary embodiment, the RNA-based masking construct comprises an RNA oligonucleotide to which a detectable ligand oligonucleotide and a masking component have been added. In certain exemplary embodiments, said detectable ligand is a fluorophore and said masking moiety is a quencher molecule.

他の側面では、本発明は、試料中の標的RNAを検出する方法を提供する。前記方法は、エフェクタータンパク質、1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系、RNA系マスキング構築物を含む1つ以上の個別の容積に1つの試料または1組の試料を分配すること、前記1種以上のガイドRNAが1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で前記試料または前記1組の試料をインキュベートすること、前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上の標的分子に結合させることで前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化する(ここで、前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化すると、前記RNA系マスキング構築物が修飾されて検出可能な陽性信号が生成される)こと、および前記検出可能な陽性信号を検出する(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は前記試料中に1種以上の標的分子が存在することを示す)ことを含む。 In another aspect, the invention provides a method of detecting target RNA in a sample. Said method comprises: distributing a sample or set of samples into one or more discrete volumes comprising an effector protein, a CRISPR system comprising one or more guide RNAs, an RNA-based masking construct; incubating the sample or set of samples under conditions sufficient to allow the guide RNA to bind to one or more target molecules, allowing the one or more guide RNAs to bind to the one or more target molecules. activating said CRISPR effector protein by (wherein activation of said CRISPR effector protein modifies said RNA-based masking construct to produce a detectable positive signal), and said detectable positive detecting a signal, wherein detection of said detectable positive signal indicates the presence of one or more target molecules in said sample.

他の側面では、本発明は、試料中のペプチドを検出する方法を提供する。前記方法は、ペプチド検出アプタマー、エフェクタータンパク質、1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系、RNA系マスキング構築物を含む1組の個別の容積に1つの試料または1組の試料を分配する(ここで、前記ペプチド検出アプタマーはマスクされたRNAポリメラーゼ部位を含み、1種以上の標的分子に結合するように構成されている)こと、前記ペプチド検出アプタマーが前記1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で前記1つの試料または1組の試料をインキュベートする(ここで、前記アプタマーが対応する標的分子に結合すると前記RNAポリメラーゼ結合部位に曝されて、トリガーRNAのRNA合成が起こる)こと、前記1種以上のガイドRNAの前記トリガーRNAへの結合によりCRISPRエフェクタータンパク質を活性化する(ここで、前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化すると、前記RNA系マスキング構築物が修飾されて、検出可能な陽性信号が生成される)こと、および前記検出可能な陽性信号を検出する(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は、試料中に1種以上の標的分子が存在することを示す)ことを含む。 In another aspect, the invention provides a method of detecting peptides in a sample. The method distributes a sample or set of samples into a set of discrete volumes containing a peptide detection aptamer, an effector protein, a CRISPR system comprising one or more guide RNAs, an RNA-based masking construct, wherein said peptide detection aptamer comprises a masked RNA polymerase site and is configured to bind to one or more target molecules; said peptide detection aptamer may bind to said one or more target molecules; incubating the sample or set of samples under sufficient conditions where binding of the aptamer to the corresponding target molecule exposes the RNA polymerase binding site and causes RNA synthesis of the trigger RNA; activating a CRISPR effector protein by binding of said one or more guide RNAs to said trigger RNA, wherein activation of said CRISPR effector protein modifies said RNA-based masking construct to produce a detectable positive signal is produced), and detecting said detectable positive signal, wherein detection of said detectable positive signal is indicative of the presence of one or more target molecules in the sample. .

特定の例示的な実施形態では、そのような方法は、前記試料RNAまたは前記トリガーRNAを増幅することをさらに含む。他の実施形態では、RNAを増幅することは、NASBAまたはRPAによる増幅を含む。 In certain exemplary embodiments, such methods further comprise amplifying said sample RNA or said trigger RNA. In other embodiments, amplifying RNA comprises amplification by NASBA or RPA.

特定の例示的な実施形態では、前記CRISPRエフェクタータンパク質は、C2c2またはCas13bなどのCRISPR、VI型RNA標的エフェクタータンパク質である。他の例示的な実施形態では、前記C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、およびカンピロバクターからなる群より選択される生物由来である。あるいは、前記C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア・シャーイイ、L.ウェイディイ、リステリア・シーリゲリ、ラクノスピラ科細菌、クロストリジウム・アミノフィルム、カーノバクテリウム・ガリナルム、パルディバクター・プロピオニシゲネス、リステリア・ウェイヘンステファネンシス、リステリア科細菌、およびロドバクター・カプスラータからなる群より選択される。特定の一実施形態では、前記C2c2エフェクタータンパク質はL.ウェイディイF0279またはL.ウェイディイF0279(Lw2)C2C2エフェクタータンパク質である。 In certain exemplary embodiments, said CRISPR effector protein is a CRISPR, type VI RNA target effector protein such as C2c2 or Casl3b. In another exemplary embodiment, the C2c2 effector protein is Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroides, Flaviibora, Flavobacterium, Spherocheta , Azospirillum, Gluconacetobacter, Neisseria, Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratifructor, Mycoplasma, and Campylobacter. Alternatively, said C2c2 effector protein is derived from Leptotrichia shaiii, L. selected from the group consisting of Weidii, Listeria ciligeri, Lachnospiraceae, Clostridium aminophyllum, Carnobacterium gallinarum, Pardibacter propionisigenes, Listeria weihenstephanensis, Listeriaceae, and Rhodobacter capsulata be done. In one particular embodiment, said C2c2 effector protein is L. Weedy F0279 or L.I. Weidi F0279 (Lw2) is a C2C2 effector protein.

特定の例示的な実施形態では、前記1種以上のガイドRNAは、疾患の状態の診断に用いられる1種以上の標的分子に結合するように設計されている。特定の他の例示的な実施形態では、前記疾患の状態は、感染、臓器疾患、血液疾患、免疫系疾患、癌、脳および神経系疾患、内分泌腺疾患、妊娠または出産に関する疾患、遺伝疾患、または環境要因性疾患、癌、真菌感染、細菌感染、寄生虫感染、またはウイルス感染である。 In certain exemplary embodiments, said one or more guide RNAs are designed to bind to one or more target molecules used for diagnosis of disease states. In certain other exemplary embodiments, the disease state is infection, organ disease, blood disease, immune system disease, cancer, brain and nervous system disease, endocrine disease, pregnancy or childbirth related disease, genetic disease, or an environmental disease, cancer, fungal, bacterial, parasitic, or viral infection.

特定の例示的な実施形態では、前記RNA系マスキング構築物は、検出可能な陽性信号の生成を抑制する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は、前記検出可能な陽性信号をマスキングすることで検出可能な陽性信号の生成を抑制するか、代わりに検出可能な陰性信号を生成する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は、レポート構築物によってコードされる遺伝子産物の生成を抑制するサイレンシングRNAを含み、前記遺伝子産物が発現すると検出可能な陽性信号を生成する。あるいは、前記RNA系マスキング構築物は前記検出可能な陰性信号を生成するリボザイムであり、前記検出可能な陽性信号は前記リボザイムが不活性化されると生成される。他の例示的な実施形態では、前記リボザイムは基質を第一の状態に変換し、前記基質は前記リボザイムが不活性化されると第二の状態に変わる。あるいは、前記RNA系マスキング因子はアプタマーであり、前記アプタマーは酵素を隔離しており、前記酵素は基質に作用することで前記アプタマーから放出される際に検出可能な信号を生成する。あるいは、前記アプタマーは、前記アプタマーから放出されると結合して検出可能な信号を生成する1対の因子を隔離する。さらなる実施形態では、前記RNA系マスキング構築物は、RNAオリゴヌクレオチド、前記RNAオリゴヌクレオチドの第一の端部に検出可能なリガンド、および前記RNAオリゴヌクレオチドの第二の端部にマスキング成分を含む。あるいは、前記検出可能なリガンドは蛍光色素分子であり、前記マスキング成分は消光分子である。 In certain exemplary embodiments, said RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal. Alternatively, the RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal by masking the detectable positive signal, or alternatively produces a detectable negative signal. Alternatively, said RNA-based masking construct comprises a silencing RNA that inhibits production of a gene product encoded by the reporting construct, producing a detectable positive signal upon expression of said gene product. Alternatively, said RNA-based masking construct is a ribozyme that produces said detectable negative signal, and said detectable positive signal is produced when said ribozyme is inactivated. In another exemplary embodiment, the ribozyme converts a substrate to a first state, and the substrate converts to a second state when the ribozyme is inactivated. Alternatively, said RNA-based masking factor is an aptamer, said aptamer sequestering an enzyme, said enzyme acting on a substrate to produce a detectable signal when released from said aptamer. Alternatively, the aptamer sequesters a pair of factors that bind to produce a detectable signal upon release from the aptamer. In a further embodiment, said RNA-based masking construct comprises an RNA oligonucleotide, a detectable ligand at a first end of said RNA oligonucleotide, and a masking moiety at a second end of said RNA oligonucleotide. Alternatively, said detectable ligand is a fluorophore and said masking moiety is a quenching molecule.

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される方法、システム、および装置を胎児の小脳髄症に関連付けられるSNPを検出するのに用いてもよい。本明細書で開示される実施形態を用いて検出されてもよい例示的な胎児小脳髄症変異はYuan et al. Science 10.1126/science.aam7120 (2017)に開示されている。 In certain exemplary embodiments, the methods, systems, and devices disclosed herein may be used to detect SNPs associated with fetal cerebellar myelosis. Exemplary fetal cerebellar myelosis mutations that may be detected using embodiments disclosed herein are disclosed in Yuan et al. Science 10.1126/science.aam7120 (2017).

例示的な実施形態のこれらおよび他の側面、目的、特徴、および利点は、以下の図示された例示的な実施形態の詳細な記載を考慮すれば、一般の当業者には自明である。 These and other aspects, objects, features and advantages of the illustrative embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art after considering the detailed description of the illustrative illustrative embodiments that follows.

例示的なC2c2系のCRISPRエフェクター系の概略図である。Schematic representation of an exemplary C2c2 system CRISPR effector system.

(A)は、レプトトリキア・ウェイディイに由来するCRISPR/C2c2座位の概略図である。LwC2c2およびLshC2c2系に由来する代表的なcrRNA構造が示されている(配列番号142および143)。(B)はC2c2活性に関する生体内細菌アッセイの概略図である。アンピシリン耐性プラスミドのβ-ラクタマーゼ遺伝子の上流にプロトスペーサーをクローニングする。C2c2を発現している大腸菌に、この構築物を標的スペーサーまたは非標的スペーサーのいずれかと共に形質変換する。得られた形質転換体を計測して活性を定量する。(C)LwC2c2およびLshC2c2の生体内活性の定量(n=2つの生物学的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(D)LwC2c2の最終サイズ排除ゲルろ過。(E)2段階精製したLwC2c2をクマシーブルーで染色したアクリルアミドゲル。(F)異なるPFS標的に対するLwC2c2の活性。スペーサーに隣接する可変3’PFSを持つ蛍光RNAに対してLwC2c2を標的し、反応生成物を変性ゲル上で視覚化した。LwC2c2は、プロトスペーサー隣接部位(PFS)Gに対してわずかに選好を示した。(A) Schematic representation of the CRISPR/C2c2 locus from Leptotorichia weedii. Representative crRNA structures from the LwC2c2 and LshC2c2 lines are shown (SEQ ID NOS: 142 and 143). (B) Schematic representation of an in vivo bacterial assay for C2c2 activity. Clone the protospacer upstream of the β-lactamase gene in an ampicillin resistant plasmid. This construct is transformed into E. coli expressing C2c2 with either the targeting spacer or the non-targeting spacer. The resulting transformants are counted to quantify the activity. (C) Quantitation of in vivo activity of LwC2c2 and LshC2c2 (n=2 biologically identical samples; bars represent mean±s.e.m.). (D) Final size exclusion gel filtration of LwC2c2. (E) Acrylamide gel stained with Coomassie blue of two-step purified LwC2c2. (F) Activity of LwC2c2 against different PFS targets. LwC2c2 was targeted to a fluorescent RNA with a variable 3' PFS flanked by spacers and reaction products were visualized on a denaturing gel. LwC2c2 showed a slight preference for the protospacer flanking site (PFS) G.

1μg、100ng、10ng、および1ngの標的を異なる4つの量のタンパク質/crRNAと共に用いた異なる希釈(1:4、1:16、1:32、1:64)での例示的なマスキング構築物の検出を示す。2の供給源のcrRNA、crRNAなしの条件を用いて、技術的に同じ試料を2つ用意し、(96+48)×2=288反応で3時間に亘って5分間隔で測定した。Detection of exemplary masking constructs at different dilutions (1:4, 1:16, 1:32, 1:64) using 1 μg, 100 ng, 10 ng, and 1 ng of target with four different amounts of protein/crRNA indicates Technically identical samples were prepared in duplicate using 2 sources of crRNA, no crRNA conditions and measured at 5 minute intervals over 3 hours in (96+48) x 2 = 288 reactions. 1μg、100ng、10ng、および1ngの標的を異なる4つの量のタンパク質/crRNAと共に用いた異なる希釈(1:4、1:16、1:32、1:64)での例示的なマスキング構築物の検出を示す。2の供給源のcrRNA、crRNAなしの条件を用いて、技術的に同じ試料を2つ用意し、(96+48)×2=288反応で3時間に亘って5分間隔で測定した。Detection of exemplary masking constructs at different dilutions (1:4, 1:16, 1:32, 1:64) using 1 μg, 100 ng, 10 ng, and 1 ng of target with four different amounts of protein/crRNA indicates Technically identical samples were prepared in duplicate using 2 sources of crRNA, no crRNA conditions and measured at 5 minute intervals over 3 hours in (96+48) x 2 = 288 reactions. 1μg、100ng、10ng、および1ngの標的を異なる4つの量のタンパク質/crRNAと共に用いた異なる希釈(1:4、1:16、1:32、1:64)での例示的なマスキング構築物の検出を示す。2の供給源のcrRNA、crRNAなしの条件を用いて、技術的に同じ試料を2つ用意し、(96+48)×2=288反応で3時間に亘って5分間隔で測定した。Detection of exemplary masking constructs at different dilutions (1:4, 1:16, 1:32, 1:64) using 1 μg, 100 ng, 10 ng, and 1 ng of target with four different amounts of protein/crRNA indicates Technically identical samples were prepared in duplicate using 2 sources of crRNA, no crRNA conditions and measured at 5 minute intervals over 3 hours in (96+48) x 2 = 288 reactions. 1μg、100ng、10ng、および1ngの標的を異なる4つの量のタンパク質/crRNAと共に用いた異なる希釈(1:4、1:16、1:32、1:64)での例示的なマスキング構築物の検出を示す。2の供給源のcrRNA、crRNAなしの条件を用いて、技術的に同じ試料を2つ用意し、(96+48)×2=288反応で3時間に亘って5分間隔で測定した。Detection of exemplary masking constructs at different dilutions (1:4, 1:16, 1:32, 1:64) using 1 μg, 100 ng, 10 ng, and 1 ng of target with four different amounts of protein/crRNA indicates Technically identical samples were prepared in duplicate using 2 sources of crRNA, no crRNA conditions and measured at 5 minute intervals over 3 hours in (96+48) x 2 = 288 reactions.

特定の例示的な実施形態によるマスキング構築物およびCRISPRエフェクタータンパク質を用いた例示的な検出スキームの概略図である。FIG. 10 is a schematic of an exemplary detection scheme using masking constructs and CRISPR effector proteins according to certain exemplary embodiments;

異なる供給源のガイドRNAを用いて標的を検出する際の蛍光の経時変化を示す1組のグラフである。1 is a set of graphs showing the time course of fluorescence during target detection with different sources of guide RNA.

CRISPRエフェクタータンパク質の濃度を変えて異なる希釈率の標的RNAに対して正規化蛍光度を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing normalized fluorescence for different dilutions of target RNA with varying concentrations of CRISPR effector protein.

NASBA増幅反応の一般的な工程を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the general steps of a NASBA amplification reaction; FIG.

異なる3組のプライマーと共にNASBAにより増幅し、消光蛍光プローブを用いたC2c2副次(collateral)検出を行った核酸標的ssRNA1の検出を示すグラフである(n=2つの技術的に同じ試料;バーは平均±標準誤差を示す)。Graph showing detection of the nucleic acid target ssRNA1 amplified by NASBA with three different sets of primers and collateral detection of C2c2 with a quenching fluorescent probe (n=2 technically identical samples; bars indicate mean±s.e.m.).

レンチウイルスの標的RNAの存在を検出するのに用いてもよい副次効果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing side effects that may be used to detect the presence of lentiviral target RNA. FIG.

副次効果とNASBAによりaM (= 10-18M)濃度で種を検出することができることを示すグラフである。Fig. 4 is a graph showing secondary effects and NASBA's ability to detect species at aM (= 10 -18 M) concentrations.

副次効果とNASBAにより低濃度の試料を素早く区別することを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing rapid discrimination of low-concentration samples by side effects and NASBA. FIG.

特定の時点での正規化蛍光度は試料の入力濃度を予測するしていることを示す図である。増幅せずに行ったCas13a検出からの蛍光度測定は入力されたRNA濃度と相関する(n=2つの生物学的に同じ試料;バーは平均±標準誤差を示す)。FIG. 10 shows that the normalized fluorescence intensity at a particular time point is predictive of the input concentration of the sample. Fluorescence measurements from Casl3a detection performed without amplification correlate with input RNA concentration (n=2 biologically identical samples; bars indicate mean±s.e.m.).

RPA反応の概略図であり、反応に関与する成分を示している。Schematic of an RPA reaction, showing the components involved in the reaction.

SHERLOCK法(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing=特定高感度酵素レポーターアンロッキング)の概略図であり、RPA工程またはRT-RPA工程の組み込みによりDNAまたはRNA標的の両方の検出を示す。標的RNAを認識する際、副次効果によりC2c2が切断レポーターを切断して蛍光を生成する。1分子の量のRNAまたはDNAをリコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)によりDNAに増幅し、転写してRNAを生成することができる。このRNAをC2c2により検出する。Schematic representation of the SHERLOCK method (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) showing detection of both DNA or RNA targets by incorporation of RPA or RT-RPA steps. Upon recognizing the target RNA, a secondary effect causes C2c2 to cleave the cleavage reporter and produce fluorescence. A single molecule quantity of RNA or DNA can be amplified into DNA by recombinase polymerase amplification (RPA) and transcribed to produce RNA. This RNA is detected by C2c2.

C2c2副次検出により検出されたssRNA標的(配列番号144および145)の概略図である。Schematic representation of ssRNA targets (SEQ ID NOs: 144 and 145) detected by C2c2 secondary detection.

RPAを用いた1分子DNA検出(すなわちC2c2の付加は15分以内)を示す1組のグラフである。1 is a set of graphs showing single-molecule DNA detection (ie C2c2 addition within 15 minutes) using RPA.

T7ポリメラーゼをRPA反応に加えるとDNA検出に悪影響を及ぼすことを示す1組のグラフである。1 is a set of graphs showing that adding T7 polymerase to RPA reactions adversely affects DNA detection.

ポリメラーゼをRPA反応に加えるとDNA検出に悪影響を及ぼさないことを示す1組のグラフである。1 is a set of graphs showing that adding polymerase to RPA reactions does not adversely affect DNA detection.

RPA、T7による転写、およびC2c2検出反応は互換性があり、同時にインキュベートした際に1分子検出を達成することを示すグラフである(n=2つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。RPA, T7 transcription, and C2c2 detection reactions are compatible and achieve single-molecule detection when co-incubated (n=2 technically identical samples; bars are mean±s.e.m. ).

RPA-RNAの短時間インキュベーションの有効性を示す1組のグラフである。FIG. 10 is a set of graphs showing the effectiveness of short incubations of RPA-RNA.

T7ポリメラーゼ量を増やすとRPA-RNAに対する感度が高まることを示す1組のグラフである。1 is a set of graphs showing that increasing amounts of T7 polymerase increase sensitivity to RPA-RNA.

1.5倍の酵素によるワンポット反応を用いたRPA-DNA検出アッセイの結果を示す1組のグラフである。30分という速度で1分子(2aM)検出が達成された。FIG. 10 is a set of graphs showing the results of an RPA-DNA detection assay using a one-pot reaction with 1.5x enzyme. Single molecule (2 aM) detection was achieved at a rate of 30 minutes.

RPA-DNAワンポット反応は入力濃度に対して蛍光度が定量的に減少することを示す1組のグラフである。近似曲線は、標的の入力濃度と出力される蛍光度との関係を示している。A set of graphs showing that the RPA-DNA one-pot reaction has a quantitative decrease in fluorescence with input concentration. The fitted curve shows the relationship between the target input concentration and the output fluorescence intensity.

(A)増幅なしのRNAのC2c2による検出は、50fMまでの濃度でssRNA標的を検出することができ(n=2つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)、(B)RPA-C2c2反応は1分子DNA検出が可能である(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)ことを示す1組のグラフである。(A) C2c2 detection of RNA without amplification can detect ssRNA targets at concentrations up to 50 fM (n=2 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.), (B) FIG. 2 is a set of graphs showing that the RPA-C2c2 reaction is capable of single-molecule DNA detection (n=4 technically identical samples; bars represent mean±s.e.m.).

特定の例示的な実施形態によって生成されたC2c2信号は紙の基質で20pMの標的を検出することができることを示す1組のグラフである。4 is a set of graphs showing that the C2c2 signal generated by certain exemplary embodiments can detect 20 pM target on a paper substrate.

特定のRNA分解酵素阻害剤が紙の背景信号を除去することができることを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing that certain RNase inhibitors can eliminate paper background signal.

特定の例示的な実施形態によるシステムを用いたガラス繊維基質での検出を示す1組のグラフである。4 is a set of graphs showing detection on a glass fiber substrate using a system according to certain exemplary embodiments;

以下のことを示す1組のグラフである。(A)特定の例示的な実施形態によるジカRNA検出の概略を示す。レンチウイルスをC2c2副次検出により標的したジカRNAまたは相同なデング熱RNA断片で包装した。48時間後に媒体を採取して、熱溶解、RT-RPA、およびC2c2検出を行った。(B)RT-RAP-C2c2検出は、ジカレンチウイルス粒子の非常に高感度な検出が可能である(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt検定;*****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)特定の例示的な実施形態による、冷凍乾燥したC2c2を用いた紙上でジカRNAの検出の概略を示す。(D)この紙を用いたアッセイは、ジカレンチウイルス粒子を非常に高感度で検出することができる(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;**、p<0.01、棒は平均±標準誤差を示す)。1 is a set of graphs showing the following. (A) Schematic of Zika RNA detection according to certain exemplary embodiments. Lentiviruses were packaged with Zika RNA or homologous dengue RNA fragments targeted by C2c2 secondary detection. Media was harvested after 48 hours for hot lysis, RT-RPA, and C2c2 detection. (B) RT-RAP-C2c2 detection is capable of very sensitive detection of dicarentiviral particles (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ****, p< 0.0001; bars indicate mean±s.e.m.). (C) Schematic of detection of Zika RNA on paper using freeze-dried C2c2, according to certain exemplary embodiments. (D) This paper-based assay can detect dicalentiviral particles with very high sensitivity (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ****, p< 0.0001; **, p<0.01, bars indicate mean±s.e.m.).

以下のことを示す1組のグラフである。(A)ヒト血清から単離されたジカRNAを逆転写、RNA分解酵素HによるRNAの分解、cDNAのRPA、およびC2c2検出するための模式図。(B)C2c2はヒトジカ血清試料を非常に高感度に検出することができる。示されているジカRNAの濃度は定量PCRにより確認された(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。1 is a set of graphs showing the following. (A) Schematic for reverse transcription of Zika RNA isolated from human serum, degradation of RNA by RNase H, RPA of cDNA, and C2c2 detection. (B) C2c2 can detect human deer serum samples very sensitively. Concentrations of Zika RNA indicated were confirmed by quantitative PCR (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ****, p<0.0001; bars represent mean ± s.e.m. show).

以下のことを示す1組のグラフである。(A)冷凍乾燥C2c2はフェムトモルという低濃度でssRNA1を高感度で検出することができる。C2c2は、紙の上で200pMの液体形態(B)または冷凍乾燥(C)のssRNA1標的を高速に検出することができる。この反応は、溶液(D)(n=3)および冷凍乾燥形態(E)(n=3)の合成ジカRNA断片を高感度で検出することができる。(F)入力濃度と検出された蛍光度の有意な相関を示すヒトジカcDNA検出の定量曲線である。(G)様々な量のヒト血清の存在下で行ったssRNA1のC2c2による検出(特に断りがなければ、n=2つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。1 is a set of graphs showing the following. (A) Freeze-dried C2c2 can detect ssRNA1 with high sensitivity at concentrations as low as femtomoles. C2c2 can rapidly detect ssRNA1 target in liquid form (B) or freeze-dried (C) at 200 pM on paper. This reaction is capable of sensitive detection of synthetic Zika RNA fragments in solution (D) (n=3) and freeze-dried form (E) (n=3). (F) Quantitation curve of deer cDNA detection showing significant correlation between input concentration and detected fluorescence. (G) C2c2 detection of ssRNA1 in the presence of varying amounts of human serum (n=2 technically identical samples unless otherwise stated; bars represent mean±s.e.m.).

(A)1組の汎用V3 RPAプライマーを用いて細菌ゲノム由来の16S rRNA遺伝子をC2c2により検出する概要を示す。(B)特定の例示的な実施形態により行ったアッセイを用いて大腸菌または緑膿菌gDNAを高感度かつ特異的に検出することができる(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。Ec、大腸菌;Kp、肺炎桿菌;Pa、緑膿菌;Mt、ヒト型結核菌;Sa、黄色スタフィロコッカス(A) Outlines C2c2 detection of 16S rRNA genes from bacterial genomes using a set of universal V3 RPA primers. (B) E. coli or Pseudomonas aeruginosa gDNA can be detected with high sensitivity and specificity using assays performed according to certain exemplary embodiments (n=4 technically identical samples, two-sided Student's t- Test; ***, p<0.0001; bars show mean±s.e.m.). Ec, Escherichia coli; Kp, Klebsiella pneumoniae; Pa, Pseudomonas aeruginosa; Mt, Mycobacterium tuberculosis; Sa, Staphylococcus yellow

以下のことを示す1組のグラフである。(A)肺炎桿菌の4つの異なる臨床単離物から2つの異なるカルバペネム耐性遺伝子(KPCおよびNDM-1)を検出する。(B)カルバペネム耐性遺伝子(部分A)の検出は、KPCおよびNDM-1 crRNAアッセイとの信号比として正規化されている(n=2つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。1 is a set of graphs showing the following. (A) Detect two different carbapenem resistance genes (KPC and NDM-1) from four different clinical isolates of Klebsiella pneumoniae. (B) Detection of the carbapenem resistance gene (part A) is normalized as signal ratio with KPC and NDM-1 crRNA assays (n=2 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ** **, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.).

以下のことを示す1組のグラフである。(A)C2c2は1つの不一致に対しては高感度ではないが、追加の不一致を有するcrRNAを充填した場合に標的の一塩基の違いを区別することができる。crRNAの様々な位置に合成による不一致を含む10個のスペーサーを有する11個のcrRNAを用いてssRNA標的1~3を検出した。不一致のスペーサーは、標的1の切断を低減しなかったが不一致のある標的2および3の切断を阻害した(配列番号146~159)。(B)合成による不一致を有する単一塩基特異性スペーサーの合理的設計過程を示す概略図である。合成による不一致はSNPまたは対象の塩基の近くに位置する(配列番号160~164)。(C)切断した(23ヌクレオチドの)crRNAによるC2c2検出を用いてSNP株を非常に特異的に検出することで、ジカアフリカ株のRNA標的とジカアメリカ株のRNA標的との1ヌクレオチドの違いを区別することができる(n=2つの技術的に同じ試料、片側スチューデントt-検定;*、p<0.05;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。1 is a set of graphs showing the following. (A) C2c2 is not sensitive to a single mismatch, but can discriminate a single base difference in the target when loaded with crRNAs with additional mismatches. ssRNA targets 1-3 were detected using 11 crRNAs with 10 spacers containing synthetic mismatches at various positions in the crRNA. Mismatched spacers did not reduce cleavage of target 1 but inhibited cleavage of mismatched targets 2 and 3 (SEQ ID NOS: 146-159). (B) Schematic showing the rational design process for single-base-specific spacers with synthetic mismatches. Synthetic discrepancies are located near the SNP or base of interest (SEQ ID NOS: 160-164). (C) Highly specific detection of SNP strains using C2c2 detection with truncated (23-nucleotide) crRNA to detect single-nucleotide differences between Zika African and Zika America RNA targets. distinguishable (n=2 technically identical samples, one-tailed Student's t-test; *, p<0.05; ****, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.) .

以下のことを示す1組のグラフである。(A)検出に用いられるジカ株標的領域およびcrRNA配列(配列番号165~170)を示す概略図である。標的のSNPは赤色または青色で強調されており、ガイド配列の合成による不一致は赤色で示されている。(B)株のSNPを高特異的に検出することで、SHERLOCKを用いてアフリカジカ株のRNA標的とアメリカジカ株のRNA標的を区別することができる(n=2つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)(配列番号171~176)。(C)検出に用いられるデング熱株の標的領域とcrRNA配列を示す概略図である。標的のSNPは赤色または青色で強調されており、ガイド配列の合成による不一致は赤色で示されている。(D)株のSNPを高特異的に検出することで、SHERLOCKを用いてデング熱株1のRNA標的とデング熱株3のRNA標的を区別することができる(n=2つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。(図37)1 is a set of graphs showing the following. (A) Schematic showing the Zika strain target regions and crRNA sequences (SEQ ID NOs: 165-170) used for detection. Target SNPs are highlighted in red or blue, and mismatches due to guide sequence synthesis are shown in red. (B) Highly specific detection of strain SNPs allows SHERLOCK to be used to distinguish between African deer strain RNA targets and American deer strain RNA targets (n=2 technically identical samples, Two-tailed Student's t-test; ****, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.) (SEQ ID NOS: 171-176). (C) Schematic diagram showing target regions and crRNA sequences of dengue strains used for detection. Target SNPs are highlighted in red or blue, and mismatches due to guide sequence synthesis are shown in red. (D) Highly specific detection of strain SNPs allows SHERLOCK to distinguish between dengue strain 1 and dengue strain 3 RNA targets (n=2 technically identical samples, Two-tailed Student's t-test; ***, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.). (Fig. 37)

以下のことを示す1組のグラフである。(A)C2c2で検出したヒトSNPの位置を示すサーコス(Circos)図。(B)特定の例示的な実施形態によって行ったアッセイはヒトSNPを区別することができる。SHERLOCKは、ヒトゲノムの4つの異なるSNP部位で異なる4固体の遺伝子型を正確に同定することができる。各人の遺伝子型、およびアレルを感知するcrRNAの同一性は各図の下に注釈として示されている(n=4つの技術的に同じ試料;両側スチューデントt-検定;*、p<0.05;**、p<0.01;***、p<0.001;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)特定の例示的な実施形態によるcfDNAの検出過程(癌変異の循環無細胞DNA検出など)を示す概略図である。(D)EGFR L858RおよびBRAF V600Eを検出するための例示的なcrRNA配列(配列番号177~182)。循環無細胞DNAの癌変異についてアッセイした2つのゲノム座位の配列。これらの標的ゲノム配列では、SNPが青色で強調され、合成による不一致を持つ変異体/野生型感知crRNA配列が赤色で示されている。1 is a set of graphs showing the following. (A) Circos diagram showing the positions of human SNPs detected in C2c2. (B) Assays performed according to certain exemplary embodiments can distinguish between human SNPs. SHERLOCK can accurately identify the genotypes of 4 different individuals at 4 different SNP sites in the human genome. The genotype of each person and the identity of the crRNA sensing allele are annotated below each figure (n=4 technically identical samples; two-tailed Student's t-test; *, p<0. **, p<0.01; ***, p<0.001; ***, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.). (C) Schematic representation of a cfDNA detection process, such as circulating cell-free DNA detection of cancer mutations, according to certain exemplary embodiments. (D) Exemplary crRNA sequences for detecting EGFR L858R and BRAF V600E (SEQ ID NOS:177-182). Sequences of two genomic loci assayed for cancer mutations in circulating cell-free DNA. In these target genomic sequences, SNPs are highlighted in blue and mutant/wild-type sensing crRNA sequences with synthetic mismatches are shown in red.

C2c2が、EGFR L858R(C)またはBRAF V600E(B)低頻度アレルに由来する偽循環無細胞DNA試料中の変異体低頻度アレルを検出することができることを示す1組のグラフである(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;*、p<0.05;**、p<0.01、****、P<0.0001;棒は±標準誤差を示す)。A set of graphs showing that C2c2 can detect mutant low frequency alleles in pseudocirculating cell-free DNA samples derived from EGFR L858R (C) or BRAF V600E (B) low frequency alleles (n= Four technically identical samples, two-tailed Student's t-test; *, p<0.05; **, p<0.01, ****, P<0.0001; bars indicate ± standard error) .

以下のことを示す1組のグラフである。(A)アッセイはrs5082で遺伝子型を区別することができる(n=4つの技術的に同じ試料;*、p<0.05;**、p<0.01;***、p<0.001;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。(B)このアッセイは、遠心分離、変性、かつ沸騰させた唾液に直接由来するgDNAのrs601338での遺伝子型を区別することができる(n=3つの技術的に同じ試料;*、p<0.05;棒は平均±標準誤差を示す)。1 is a set of graphs showing the following. (A) The assay can distinguish genotypes at rs5082 (n=4 technically identical samples; *, p<0.05; **, p<0.01; ***, p<0 ***, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.). (B) This assay can distinguish gDNA genotypes at rs601338 directly from centrifuged, denatured, and boiled saliva (n=3 technically identical samples; *, p<0 .05; bars indicate mean±s.e.m.).

(A)1つの不一致のみがssDNA1と異なる標的の背景でssDNA1に行った例示的な実施形態の概略を示す。(B)このアッセイは、不一致のある背景(1つの不一致のみによりssDNAと異なる標的)の存在下、ssDNA1を一塩基特異的に検出する。様々な濃度の標的DNAを1つの不一致を有する過剰な背景DNAと混合して、アッセイにより検出した。(A) Schematic of an exemplary embodiment performed on ssDNA1 in a different target background than ssDNA1 with only one mismatch. (B) The assay detects ssDNA1 in a single base-specific manner in the presence of a mismatched background (a target that differs from ssDNA by only one mismatch). Various concentrations of target DNA were mixed with excess background DNA with one mismatch and detected by the assay.

異なる色素Cy5を持つマスキング構築物により有効な検出を行うことができることを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing that effective detection can be achieved with masking constructs with different dyes Cy5.

金ナノ粒子比色分析アッセイの概略図である。DNAリンカーとRNAブリッジの組み合わせを用いて金ナノ粒子を凝集させる。RNA分解酵素活性を加えると、ssRNAブリッジが切断されて、金ナノ粒子が放出され、赤色への特徴的な色変化が生じる。Schematic representation of a gold nanoparticle colorimetric assay. Gold nanoparticles are aggregated using a combination of DNA linkers and RNA bridges. Upon addition of RNase activity, the ssRNA bridges are cleaved, releasing the gold nanoparticles and producing a characteristic color change to red.

520nmで分散したナノ粒子の色変化を検出する能力を示すグラフである。ナノ粒子は、図43に示す例示的な実施形態に基づき、様々な濃度でRNA分解酵素Aを付加して分散させた。Fig. 10 is a graph showing the ability to detect color change of dispersed nanoparticles at 520nm. The nanoparticles were dispersed with RNase A added at various concentrations according to the exemplary embodiment shown in FIG.

RNA分解酵素比色分析試験が定量的であることを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing that the RNase colorimetric test is quantitative.

分散したナノ粒子の色変化は目視で検出可能であることを示すマイクロウェルプレートの画像である。Figure 3 is an image of a microwell plate showing that the color change of dispersed nanoparticles is visually detectable.

比色分析の変化は紙の基質で見ることができることを示す画像である。ガラス繊維934-AH表面で、37℃で10分間試験を行った。1 is an image showing that colorimetric changes can be seen on a paper substrate. The test was performed at 37° C. for 10 minutes on a glass fiber 934-AH surface.

特定の例示的な実施形態によるタンパク質または小分子を検出する高次構造切換アプタマーの概略図である。RNA標的エフェクターの完全な標的としてライゲート生成物(B)を用いる。RNA標的エフェクターはライゲートされていない入力物を検出することができない(配列番号202および424)。1 is a schematic diagram of a conformation switching aptamer for detecting proteins or small molecules according to certain exemplary embodiments; FIG. The ligated product (B) is used as the perfect target for the RNA target effector. RNA target effectors are unable to detect unligated input (SEQ ID NOs:202 and 424).

アプタマーに基づくライゲーションによりRPA検出可能な基質を作成することができることを示すゲル画像である。アプタマーを様々な濃度のトロンビンと共にインキュベートして、プローブにライゲートした。3分間のRPA反応にライゲート構築物を鋳型として用いた。500nMのトロンビンは、背景よりも非常に高い濃度の増幅された標的を含んでいた。Gel images showing that aptamer-based ligation can create RPA-detectable substrates. Aptamers were incubated with various concentrations of thrombin and ligated to the probe. The ligated construct was used as template for a 3 minute RPA reaction. 500 nM thrombin contained a much higher concentration of amplified target than background.

選択されたC2c2相同分子種のHEPNドメインのアミノ酸配列を示す(配列番号204~233)。The amino acid sequences of the HEPN domains of selected C2c2 orthologues are shown (SEQ ID NOs:204-233).

RPA増幅を用いたCas13aによるRNAの検出(SHERLOCK)は、Cas13aだけの場合に比べて約2aMまでの濃度でssRNA標的を検出することができる(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Detection of RNA by Cas13a using RPA amplification (SHERLOCK) can detect ssRNA targets at concentrations up to about 2 aM compared to Cas13a alone (n = 4 technically identical samples; bars mean ± s.e.m. shown).

Cas13aによる検出を用いてウイルスおよび細菌性病原体を感知することができる。(A)ヒト臨床試料から単離されたZIKVのRNAのSHERLOCKによる検出の概略である。(B)SHERLOCKは、ヒトZIKV陽性血清(S)または尿(U)試料を非常に高感度に検出することができる。図示のZIKVのRNAの近似濃度は、定量PCRにより決定された(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す;n.d.は「未検出」を示す)。Detection by Casl3a can be used to sense viral and bacterial pathogens. (A) Schematic of SHERLOCK detection of ZIKV RNA isolated from human clinical samples. (B) SHERLOCK can detect human ZIKV-positive serum (S) or urine (U) samples with very high sensitivity. Approximate concentrations of ZIKV RNA shown were determined by quantitative PCR (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ***, p<0.0001; bars are mean±s.e.m. nd indicates "not detected").

プライマー組2(図11)を用いたNASBAおよびSHERLOCKによるssRNA1の検出の比較(n=2つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Comparison of detection of ssRNA1 by NASBA and SHERLOCK using primer set 2 (Fig. 11) (n = 2 technically identical samples; bars show mean ± standard error).

RPAによる核酸増幅および1反応SHERLOCK。(A)図1Cで用いた希釈液について行ったssRNA1のデジタル液滴PCR定量。ddPCRの結果に基づく希釈液の調節濃度を上の棒グラフに示す。(B)図1Dに用いた希釈液について行ったssDNA1のデジタル液滴PCR定量。ddPCRの結果に基づく希釈液の調節濃度を上の棒グラフに示す。(C)RPA、T7による転写、およびCas13aによる検出反応は互換性があり、同時にインキュベートした場合にDNA2の1分子検出を達成する(n=3つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;**、p<0.01;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。Nucleic acid amplification by RPA and one reaction SHERLOCK. (A) Digital droplet PCR quantification of ssRNA1 performed on the dilutions used in Figure 1C. Adjusted concentrations of diluents based on ddPCR results are shown in the top bar graph. (B) Digital droplet PCR quantification of ssDNA1 performed on the dilutions used in FIG. 1D. Adjusted concentrations of diluents based on ddPCR results are shown in the top bar graph. (C) RPA, T7-mediated transcription, and Casl3a-mediated detection reactions are compatible and achieve single-molecule detection of DNA2 when co-incubated (n=3 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ns indicate "not significant"; **, p<0.01; ****, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.). RPAによる核酸増幅および1反応SHERLOCK。(A)図1Cで用いた希釈液について行ったssRNA1のデジタル液滴PCR定量。ddPCRの結果に基づく希釈液の調節濃度を上の棒グラフに示す。(B)図1Dに用いた希釈液について行ったssDNA1のデジタル液滴PCR定量。ddPCRの結果に基づく希釈液の調節濃度を上の棒グラフに示す。(C)RPA、T7による転写、およびCas13aによる検出反応は互換性があり、同時にインキュベートした場合にDNA2の1分子検出を達成する(n=3つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;**、p<0.01;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す)。Nucleic acid amplification by RPA and one reaction SHERLOCK. (A) Digital droplet PCR quantification of ssRNA1 performed on the dilutions used in Figure 1C. Adjusted concentrations of diluents based on ddPCR results are shown in the top bar graph. (B) Digital droplet PCR quantification of ssDNA1 performed on the dilutions used in FIG. 1D. Adjusted concentrations of diluents based on ddPCR results are shown in the top bar graph. (C) RPA, T7-mediated transcription, and Casl3a-mediated detection reactions are compatible and achieve single-molecule detection of DNA2 when co-incubated (n=3 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; ns indicate "not significant"; **, p<0.01; ****, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.).

SHERLOCKと他の高感度核酸検出ツールとの比較。(A)デジタル液滴PCRによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;*、p<0.05;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。試料は10-1未満の測定コピー数/μLのサンプルは図示せず)。(B)定量PCRによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=16つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10-10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(C)SYBR Green IIを用いたRPAによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;*、p<0.05;**、p<0.01;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(D)SHERLOCKによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(E)4つの検出方法について1連のssDNA1希釈液の百分率変動係数。(F)4つの検出方法について6e2、6e1、6e0、および6e-1のssDNA1希釈液の平均百分率変動係数(棒は平均±標準誤差を示す)。Comparison of SHERLOCK with other highly sensitive nucleic acid detection tools. (A) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by digital droplet PCR (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; n.s. indicates "not significant"; *, p **, p<0.01;****, p<0.0001;red line indicates mean, bars indicate mean ± s.e.m.Samples less than 10 −1 measured copies number/μL of sample not shown). (B) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by quantitative PCR (n=16 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; n.s. indicates "not significant"; **, p< ***, p<0.0001; red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 10 −10 not shown). (C) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by RPA using SYBR Green II (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; *, p<0.05; **, p<0.01; red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 100 not shown). (D) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by SHERLOCK (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; **, p<0.01; ****, p<0.0001 red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 100 not shown). (E) Percentage coefficient of variation of serial ssDNA1 dilutions for the four detection methods. (F) Mean percent coefficient of variation of ssDNA1 dilutions of 6e2, 6e1, 6e0, and 6e-1 for the four detection methods (bars show mean±s.e.m.). SHERLOCKと他の高感度核酸検出ツールとの比較。(A)デジタル液滴PCRによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;*、p<0.05;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。試料は10-1未満の測定コピー数/μLのサンプルは図示せず)。(B)定量PCRによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=16つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10-10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(C)SYBR Green IIを用いたRPAによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;*、p<0.05;**、p<0.01;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(D)SHERLOCKによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(E)4つの検出方法について1連のssDNA1希釈液の百分率変動係数。(F)4つの検出方法について6e2、6e1、6e0、および6e-1のssDNA1希釈液の平均百分率変動係数(棒は平均±標準誤差を示す)。Comparison of SHERLOCK with other highly sensitive nucleic acid detection tools. (A) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by digital droplet PCR (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; n.s. indicates "not significant"; *, p **, p<0.01;****, p<0.0001;red line indicates mean, bars indicate mean ± s.e.m.Samples less than 10 −1 measured copies number/μL of sample not shown). (B) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by quantitative PCR (n=16 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; n.s. indicates "not significant"; **, p< ***, p<0.0001; red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 10 −10 not shown). (C) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by RPA using SYBR Green II (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; *, p<0.05; **, p<0.01; red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 100 not shown). (D) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by SHERLOCK (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; **, p<0.01; ****, p<0.0001 red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 100 not shown). (E) Percentage coefficient of variation of serial ssDNA1 dilutions for the four detection methods. (F) Mean percent coefficient of variation of ssDNA1 dilutions of 6e2, 6e1, 6e0, and 6e-1 for the four detection methods (bars show mean±s.e.m.). SHERLOCKと他の高感度核酸検出ツールとの比較。(A)デジタル液滴PCRによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;*、p<0.05;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。試料は10-1未満の測定コピー数/μLのサンプルは図示せず)。(B)定量PCRによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=16つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;n.s.は「有意ではない」を示す;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10-10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(C)SYBR Green IIを用いたRPAによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;*、p<0.05;**、p<0.01;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(D)SHERLOCKによる1連のssDNA1希釈液の検出分析(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;**、p<0.01;****、p<0.0001;赤線は平均を示し、棒は平均±標準誤差を示す。10未満の相対信号を持つ試料は図示せず)。(E)4つの検出方法について1連のssDNA1希釈液の百分率変動係数。(F)4つの検出方法について6e2、6e1、6e0、および6e-1のssDNA1希釈液の平均百分率変動係数(棒は平均±標準誤差を示す)。Comparison of SHERLOCK with other highly sensitive nucleic acid detection tools. (A) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by digital droplet PCR (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; n.s. indicates "not significant"; *, p **, p<0.01;****, p<0.0001;red line indicates mean, bars indicate mean ± s.e.m.Samples less than 10 −1 measured copies number/μL of sample not shown). (B) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by quantitative PCR (n=16 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; n.s. indicates "not significant"; **, p< ***, p<0.0001; red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 10 −10 not shown). (C) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by RPA using SYBR Green II (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; *, p<0.05; **, p<0.01; red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 100 not shown). (D) Detection analysis of serial ssDNA1 dilutions by SHERLOCK (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; **, p<0.01; ****, p<0.0001 red line indicates mean, bars indicate mean ± standard error, samples with relative signal less than 100 not shown). (E) Percentage coefficient of variation of serial ssDNA1 dilutions for the four detection methods. (F) Mean percent coefficient of variation of ssDNA1 dilutions of 6e2, 6e1, 6e0, and 6e-1 for the four detection methods (bars show mean±s.e.m.). 臨床細菌単離物のカルバペネム耐性の検出。肺炎桿菌の5つの臨床単離物に由来する2つの異なるカルバペネム耐性遺伝子(KPCおよびNDM-1)の検出と大腸菌対照(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;****、p<0.0001;棒は平均±標準誤差を示す;n.d.は「未検出」を示す)。Detection of carbapenem resistance in clinical bacterial isolates. Detection of two different carbapenem resistance genes (KPC and NDM-1) from five clinical isolates of Klebsiella pneumoniae and an E. coli control (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; *** *, p<0.0001; bars indicate mean±s.e.m.; n.d. indicates "not detected").

切断されたスペーサーに対するLwCas13aの感度と標的配列中の1つの不一致の解析。(A)は(B)~(G)で用いた切断されたスペーサーcrRNA配列(配列番号425~436)である。また、赤色で示された一塩基対の違いを持つssRNA1とssRNA2の配列が示されている。合成による不一致を含むcrRNAは、赤色の不一致の位置と共に示されている。(B)位置1~7に合成による不一致を持つ28ヌクレオチド(nt)のスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)(B)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)副次切断の非標的RNA(ssRNA2)副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(D)位置1~7に合成による不一致を有する23ntのスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(E)(D)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(F)位置1~7に合成による不一致を有する20ntのスペーサーcrRNAのssRNA1およびssRNA2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(G)(F)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Analysis of the sensitivity of LwCasl3a to cleaved spacers and single mismatches in target sequences. (A) are the truncated spacer crRNA sequences (SEQ ID NOs:425-436) used in (B)-(G). Also shown are the sequences of ssRNA1 and ssRNA2 with a single base pair difference shown in red. crRNAs containing synthetic mismatches are shown with mismatched positions in red. (B) Secondary cleavage activity of 28 nucleotide (nt) spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). . (C) Specificity ratios of crRNAs tested in (B). Specificity ratios are calculated as the ratio of target RNA (ssRNA1) secondary cleavage to non-target RNA (ssRNA2) secondary cleavage (n=4 technically identical samples; bars represent mean±SEM). (D) Secondary cleavage activity of 23-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (E) Specificity ratios of crRNAs tested in (D). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM). (F) Secondary cleavage activity against ssRNA1 and ssRNA2 of 20-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (G) Specificity ratios of crRNAs tested in (F). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM). 切断されたスペーサーに対するLwCas13aの感度と標的配列中の1つの不一致の解析。(A)は(B)~(G)で用いた切断されたスペーサーcrRNA配列(配列番号425~436)である。また、赤色で示された一塩基対の違いを持つssRNA1とssRNA2の配列が示されている。合成による不一致を含むcrRNAは、赤色の不一致の位置と共に示されている。(B)位置1~7に合成による不一致を持つ28ヌクレオチド(nt)のスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)(B)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)副次切断の非標的RNA(ssRNA2)副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(D)位置1~7に合成による不一致を有する23ntのスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(E)(D)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(F)位置1~7に合成による不一致を有する20ntのスペーサーcrRNAのssRNA1およびssRNA2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(G)(F)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Analysis of the sensitivity of LwCasl3a to cleaved spacers and single mismatches in target sequences. (A) are the truncated spacer crRNA sequences (SEQ ID NOs:425-436) used in (B)-(G). Also shown are the sequences of ssRNA1 and ssRNA2 with a single base pair difference shown in red. crRNAs containing synthetic mismatches are shown with mismatched positions in red. (B) Secondary cleavage activity of 28 nucleotide (nt) spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). . (C) Specificity ratios of crRNAs tested in (B). Specificity ratios are calculated as the ratio of target RNA (ssRNA1) secondary cleavage to non-target RNA (ssRNA2) secondary cleavage (n=4 technically identical samples; bars represent mean±SEM). (D) Secondary cleavage activity of 23-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (E) Specificity ratios of crRNAs tested in (D). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM). (F) Secondary cleavage activity against ssRNA1 and ssRNA2 of 20-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (G) Specificity ratios of crRNAs tested in (F). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM). 切断されたスペーサーに対するLwCas13aの感度と標的配列中の1つの不一致の解析。(A)は(B)~(G)で用いた切断されたスペーサーcrRNA配列(配列番号425~436)である。また、赤色で示された一塩基対の違いを持つssRNA1とssRNA2の配列が示されている。合成による不一致を含むcrRNAは、赤色の不一致の位置と共に示されている。(B)位置1~7に合成による不一致を持つ28ヌクレオチド(nt)のスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)(B)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)副次切断の非標的RNA(ssRNA2)副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(D)位置1~7に合成による不一致を有する23ntのスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(E)(D)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(F)位置1~7に合成による不一致を有する20ntのスペーサーcrRNAのssRNA1およびssRNA2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(G)(F)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Analysis of the sensitivity of LwCasl3a to cleaved spacers and single mismatches in target sequences. (A) are the truncated spacer crRNA sequences (SEQ ID NOs:425-436) used in (B)-(G). Also shown are the sequences of ssRNA1 and ssRNA2 with a single base pair difference shown in red. crRNAs containing synthetic mismatches are shown with mismatched positions in red. (B) Secondary cleavage activity of 28 nucleotide (nt) spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). . (C) Specificity ratios of crRNAs tested in (B). Specificity ratios are calculated as the ratio of target RNA (ssRNA1) secondary cleavage to non-target RNA (ssRNA2) secondary cleavage (n=4 technically identical samples; bars represent mean±SEM). (D) Secondary cleavage activity of 23-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (E) Specificity ratios of crRNAs tested in (D). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars represent mean±SEM). (F) Secondary cleavage activity against ssRNA1 and ssRNA2 of 20-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (G) Specificity ratios of crRNAs tested in (F). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars represent mean±SEM). 切断されたスペーサーに対するLwCas13aの感度と標的配列中の1つの不一致の解析。(A)は(B)~(G)で用いた切断されたスペーサーcrRNA配列(配列番号425~436)である。また、赤色で示された一塩基対の違いを持つssRNA1とssRNA2の配列が示されている。合成による不一致を含むcrRNAは、赤色の不一致の位置と共に示されている。(B)位置1~7に合成による不一致を持つ28ヌクレオチド(nt)のスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)(B)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)副次切断の非標的RNA(ssRNA2)副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(D)位置1~7に合成による不一致を有する23ntのスペーサーcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(E)(D)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(F)位置1~7に合成による不一致を有する20ntのスペーサーcrRNAのssRNA1およびssRNA2に対する副次切断活性(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(G)(F)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Analysis of the sensitivity of LwCasl3a to cleaved spacers and single mismatches in target sequences. (A) are the truncated spacer crRNA sequences (SEQ ID NOs:425-436) used in (B)-(G). Also shown are the sequences of ssRNA1 and ssRNA2 with a single base pair difference shown in red. crRNAs containing synthetic mismatches are shown with mismatched positions in red. (B) Secondary cleavage activity of 28 nucleotide (nt) spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). . (C) Specificity ratios of crRNAs tested in (B). Specificity ratios are calculated as the ratio of target RNA (ssRNA1) secondary cleavage to non-target RNA (ssRNA2) secondary cleavage (n=4 technically identical samples; bars represent mean±SEM). (D) Secondary cleavage activity of 23-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 against ssRNAs 1 and 2 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (E) Specificity ratios of crRNAs tested in (D). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM). (F) Secondary cleavage activity against ssRNA1 and ssRNA2 of 20-nt spacer crRNAs with synthetic mismatches at positions 1-7 (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (G) Specificity ratios of crRNAs tested in (F). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM).

標的配列の変異に対する理想的な合成による不一致の位置の同定。(A)理想的な合成による不一致の位置を評価してssRNA1とssRNA2との変異を検出するための配列(配列番号437~462)。これら標的のそれぞれにおいて、赤色の位置に合成による不一致を有するcrRNAを試験した。合成による不一致を有するcrRNAの各組は、変異位置がスペーサーの配列に対してずれるように設計されている。スペーサーは、スペーサー内の位置3、4、5、および6で変異を評価するように設計されている。(B)様々な位置に合成による不一致を有するcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性。スペーサー:標的二本鎖領域内の位置3、4、5、または6に変異を有する4組のcrRNAが存在する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)(B)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Identification of ideal synthetic mismatch positions for mutations in the target sequence. (A) Sequences (SEQ ID NOS: 437-462) for evaluating ideal synthetic mismatch positions to detect mutations between ssRNA1 and ssRNA2. In each of these targets, crRNAs with synthetic mismatches at red positions were tested. Each pair of synthetic mismatched crRNAs is designed so that the mutation position is offset relative to the sequence of the spacer. The spacer is designed to assess mutations at positions 3, 4, 5, and 6 within the spacer. (B) Secondary cleavage activity against ssRNAs 1 and 2 of crRNAs with synthetic mismatches at various positions. Spacer: There are 4 sets of crRNAs with mutations at positions 3, 4, 5, or 6 within the target double-stranded region (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (C) Specificity ratios of crRNAs tested in (B). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM). 標的配列の変異に対する理想的な合成による不一致の位置の同定。(A)理想的な合成による不一致の位置を評価してssRNA1とssRNA2との変異を検出するための配列(配列番号437~462)。これら標的のそれぞれにおいて、赤色の位置に合成による不一致を有するcrRNAを試験した。合成による不一致を有するcrRNAの各組は、変異位置がスペーサーの配列に対してずれるように設計されている。スペーサーは、スペーサー内の位置3、4、5、および6で変異を評価するように設計されている。(B)様々な位置に合成による不一致を有するcrRNAのssRNA1および2に対する副次切断活性。スペーサー:標的二本鎖領域内の位置3、4、5、または6に変異を有する4組のcrRNAが存在する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)(B)で試験したcrRNAの特異性比率。標的RNA(ssRNA1)の副次切断の非標的RNA(ssRNA2)の副次切断に対する比として特異性比率を算出する(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Identification of ideal synthetic mismatch positions for mutations in the target sequence. (A) Sequences (SEQ ID NOS: 437-462) for evaluating ideal synthetic mismatch positions to detect mutations between ssRNA1 and ssRNA2. In each of these targets, crRNAs with synthetic mismatches at red positions were tested. Each pair of synthetic mismatched crRNAs is designed so that the mutation position is offset relative to the sequence of the spacer. The spacer is designed to assess mutations at positions 3, 4, 5, and 6 within the spacer. (B) Secondary cleavage activity against ssRNAs 1 and 2 of crRNAs with synthetic mismatches at various positions. Spacer: There are 4 sets of crRNAs with mutations at positions 3, 4, 5, or 6 within the target double-stranded region (n=4 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.). (C) Specificity ratios of crRNAs tested in (B). Specificity ratios are calculated as the ratio of secondary cleavage of target RNA (ssRNA1) to secondary cleavage of non-target RNA (ssRNA2) (n=4 technically identical samples; bars show mean±SEM).

追加の座位でのSHERLOCKによる遺伝子型決定および沸騰させた唾液からの直接遺伝子型決定。SHERLOCKにより、遠心分離、変性、かつ沸騰させた唾液から直接由来するゲノムDNAのrs601338のSNP部位で遺伝子型を区別することができる(n=4つの技術的に同じ試料、両側スチューデントt-検定;**、p<0.01;****、p<0.001;棒は平均±標準誤差を示す)。Genotyping by SHERLOCK at additional loci and direct genotyping from boiled saliva. SHERLOCK can discriminate genotypes at the rs601338 SNP site in genomic DNA directly from centrifuged, denatured, and boiled saliva (n=4 technically identical samples, two-tailed Student's t-test; **, p<0.01; ****, p<0.001; bars indicate mean±s.e.m.).

ヒトのSNPの遺伝子型を正確に決定する合成遺伝子型決定基準の開発。(A)rs601338のSNP部位でSHERLOCKにより遺伝子型を決定し、4人のそれぞれについてPCRで増幅した遺伝子型基準と比較した(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(B)rs4363657のSNP部位でSHERLOCKにより遺伝子型を決定し、4人のそれぞれについてPCRで増幅した遺伝子型基準と比較した(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)rs601338のSNP部位での各人のSHERLOCKの結果と合成基準とで計算したp値のヒートマップ。アレルを感知するcrRNAのそれぞれについてヒートマップを示す。カラーのヒートマップは、有意でないもの(p>0.05)は赤色に、有意なもの(p<0.05)は青色になるように目盛りが設けられている(n=4つの技術的に同じ試料、一元配置分散分析)。(D)rs4363657のSNP部位での各人のSHERLOCKの結果と合成基準とで計算したp値のヒートマップ。アレルを感知するcrRNAのそれぞれについてヒートマップを示す。カラーのヒートマップは、有意でないもの(p>0.05)は赤色に、有意なもの(p<0.05)は青色になるように目盛りが設けられている(n=4つの技術的に同じ試料、一元配置分散分析)。(E)SHERLOCKによる遺伝子型決定のp値のヒートマップを理解するための指針である。固体とアレル合成基準とのp値が0.05より大きいp値に対応するアレルを選択することで容易に遺伝子型を決定することができる。赤色のブロックは、合成基準と固体のSHERLOCKの結果との差が有意ではないものに対応し、従って遺伝子型陽性の結果に対応する。青色のブロックは、合成基準と固体のSHERLOCKの結果との差が有意なものに対応し、従って遺伝子型陰性の結果に対応する。Development of synthetic genotyping standards to accurately genotype human SNPs. (A) Genotyped by SHERLOCK at the rs601338 SNP site and compared to PCR-amplified genotype references for each of the 4 individuals (n=4 technically identical samples; bars represent mean±s.e.m. ). (B) Genotyped by SHERLOCK at the rs4363657 SNP site and compared to PCR-amplified genotype references for each of the four individuals (n=4 technically identical samples; bars represent mean±s.e.m. ). (C) Heat map of p-values calculated for individual SHERLOCK results at the rs601338 SNP site and synthetic criteria. A heat map is shown for each of the crRNA sensing alleles. Color heatmaps are scaled so that insignificant (p>0.05) are in red and significant (p<0.05) are in blue (n=4 technical Same samples, one-way ANOVA). (D) Heatmap of p-values calculated for individual SHERLOCK results at the rs4363657 SNP site and synthetic criteria. A heat map is shown for each of the crRNA sensing alleles. Color heatmaps are scaled so that insignificant (p>0.05) are in red and significant (p<0.05) are in blue (n=4 technical Same samples, one-way ANOVA). (E) Guide to understanding the heat map of p-values for SHERLOCK genotyping. Selecting alleles corresponding to p-values greater than 0.05 between individuals and allele synthesis standards can be readily genotyped. Red blocks correspond to non-significant differences between the synthetic reference and individual SHERLOCK results, and thus correspond to positive genotype results. Blue blocks correspond to significant differences between the synthetic standard and solid SHERLOCK results, and thus genotype-negative results. ヒトのSNPの遺伝子型を正確に決定する合成遺伝子型決定基準の開発。(A)rs601338のSNP部位でSHERLOCKにより遺伝子型を決定し、4人のそれぞれについてPCRで増幅した遺伝子型基準と比較した(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(B)rs4363657のSNP部位でSHERLOCKにより遺伝子型を決定し、4人のそれぞれについてPCRで増幅した遺伝子型基準と比較した(n=4つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。(C)rs601338のSNP部位での各人のSHERLOCKの結果と合成基準とで計算したp値のヒートマップ。アレルを感知するcrRNAのそれぞれについてヒートマップを示す。カラーのヒートマップは、有意でないもの(p>0.05)は赤色に、有意なもの(p<0.05)は青色になるように目盛りが設けられている(n=4つの技術的に同じ試料、一元配置分散分析)。(D)rs4363657のSNP部位での各人のSHERLOCKの結果と合成基準とで計算したp値のヒートマップ。アレルを感知するcrRNAのそれぞれについてヒートマップを示す。カラーのヒートマップは、有意でないもの(p>0.05)は赤色に、有意なもの(p<0.05)は青色になるように目盛りが設けられている(n=4つの技術的に同じ試料、一元配置分散分析)。(E)SHERLOCKによる遺伝子型決定のp値のヒートマップを理解するための指針である。固体とアレル合成基準とのp値が0.05より大きいp値に対応するアレルを選択することで容易に遺伝子型を決定することができる。赤色のブロックは、合成基準と固体のSHERLOCKの結果との差が有意ではないものに対応し、従って遺伝子型陽性の結果に対応する。青色のブロックは、合成基準と固体のSHERLOCKの結果との差が有意なものに対応し、従って遺伝子型陰性の結果に対応する。Development of synthetic genotyping standards to accurately genotype human SNPs. (A) Genotyped by SHERLOCK at the rs601338 SNP site and compared to PCR-amplified genotype references for each of the 4 individuals (n=4 technically identical samples; bars represent mean±s.e.m. ). (B) Genotyped by SHERLOCK at the rs4363657 SNP site and compared to PCR-amplified genotype references for each of the four individuals (n=4 technically identical samples; bars represent mean±s.e.m. ). (C) Heat map of p-values calculated for individual SHERLOCK results at the rs601338 SNP site and synthetic criteria. A heat map is shown for each of the crRNA sensing alleles. Color heatmaps are scaled so that insignificant (p>0.05) are in red and significant (p<0.05) are in blue (n=4 technical Same samples, one-way ANOVA). (D) Heatmap of p-values calculated for individual SHERLOCK results at the rs4363657 SNP site and synthetic criteria. A heat map is shown for each of the crRNA sensing alleles. Color heatmaps are scaled so that insignificant (p>0.05) are in red and significant (p<0.05) are in blue (n=4 technical Same samples, one-way ANOVA). (E) Guide to understanding the heat map of p-values for SHERLOCK genotyping. Selecting alleles corresponding to p-values greater than 0.05 between individuals and allele synthesis standards can be readily genotyped. Red blocks correspond to non-significant differences between the synthetic reference and individual SHERLOCK results, and thus correspond to positive genotype results. Blue blocks correspond to significant differences between the synthetic standard and solid SHERLOCK results, and thus genotype-negative results.

小さな画分の不一致のある背景標的としてのssDNA1の検出。ヒトゲノムDNAの背景で1連の希釈のssDNA1をSHERLOCKで検出した。なお、検出されたssDNA1標的と背景ゲノムDNAとの間には配列類似性はなかった(n=2つの技術的に同じ試料;棒は平均±標準誤差を示す)。Detection of ssDNA1 as a background target with a small fraction of mismatches. Serial dilutions of ssDNA1 were detected with SHERLOCK in the background of human genomic DNA. Note that there was no sequence similarity between the detected ssDNA1 target and background genomic DNA (n=2 technically identical samples; bars show mean±s.e.m.).

ジカウイルス患者由来の尿(A)または血清(B)試料を95℃(尿)または65℃(血清)で5分間、熱で不活性化した。一例示的な実施形態により、1マイクロリットルの不活性尿または血清を2時間のRPA反応の入力として用いて、その後で3時間のC2c2/Cas13a検出反応を行った。エラーバーは、検出反応のn=4つの技術的に同じ試料に基づいて1標準偏差(SD)を示している。Urine (A) or serum (B) samples from Zika virus patients were heat inactivated at 95° C. (urine) or 65° C. (serum) for 5 minutes. According to one exemplary embodiment, 1 microliter of inert urine or serum was used as input for a 2 hour RPA reaction followed by a 3 hour C2c2/Casl3a detection reaction. Error bars indicate 1 standard deviation (SD) based on n=4 technically identical samples of the detection reaction.

ジカウイルス患者由来の尿試料を95℃で5分間、熱で不活性化した。例示的な実施形態により、1マイクロリットルの不活性化尿を30分間のRPA反応の入力として用いて、(A)3時間または(B)1時間後にC2c2/Cas13検出反応を行った。エラーバーは、検出反応のn=4つの技術的に同じ試料に基づいて1SDを示している。Urine samples from Zika virus patients were heat inactivated at 95° C. for 5 minutes. According to an exemplary embodiment, 1 microliter of inactivated urine was used as input for a 30 minute RPA reaction followed by (A) 3 hours or (B) 1 hour later C2c2/Casl3 detection reactions. Error bars indicate 1 SD based on n=4 technically identical samples of detection reactions.

ジカウイルス患者由来の尿試料を95℃で5分間、熱で不活性化した。1マイクロリットルの不活性化尿を20分間のRPA反応の入力として用いて、その後で1時間のC2c2/Cas13a検出反応を行った。健康なヒトの尿を陰性対照として用いた。エラーバーは、検出反応のn=4つの技術的に同じ試料に基づいて1SDを示している。Urine samples from Zika virus patients were heat inactivated at 95° C. for 5 minutes. One microliter of inactivated urine was used as input for a 20 minute RPA reaction followed by a 1 hour C2c2/Casl3a detection reaction. Healthy human urine was used as a negative control. Error bars indicate 1 SD based on n=4 technically identical samples of detection reactions.

ジカウイルス患者由来の尿試料を95℃で5分間、熱で不活性化した。1マイクロリットルの不活性化尿を20分間のRPA反応の入力として用いて、その後でガイドRNAの存在下または非存在下で1時間のC2c2/Cas13a検出反応を行った。ガイドなしの検出反応の平均蛍光値を、ガイドを含む検出反応から除去することでデータを正規化している。健康なヒトの尿を陰性対照として用いた。エラーバーは、検出反応のn=4つの技術的に同じ試料に基づいて1SDを示している。Urine samples from Zika virus patients were heat inactivated at 95° C. for 5 minutes. One microliter of inactivated urine was used as input for a 20 minute RPA reaction followed by a 1 hour C2c2/Casl3a detection reaction in the presence or absence of guide RNA. Data are normalized by removing the mean fluorescence value of the unguided detection reaction from the detection reaction containing the guide. Healthy human urine was used as a negative control. Error bars indicate 1 SD based on n=4 technically identical samples of detection reactions.

例示的な実施形態による4つの異なるガイドRNA設計を有する2つのマラリア特異的標的の検出を示す(配列番号463~474)。Detection of two malaria-specific targets with four different guide RNA designs according to exemplary embodiments (SEQ ID NOs:463-474).

分節LCMVゲノムに沿った設計ガイドRNAの位置を示す。ガイドRNA S1~S6はMCMV S RNAに相補性がある(そのうち、S1およびS6は、それぞれ5’非翻訳領域(untranslated region、UTR)および3’非翻訳領域に結合している)。ガイドRNA L1~L6はMCMV L RNAに相補性がある(そのうち、L1およびL6は、それぞれ5’非翻訳領域および3’非翻訳領域に結合している)。すべてのガイドRNAはコード鎖に結合する。Locations of design guide RNAs along the segmented LCMV genome are shown. Guide RNAs S1-S6 are complementary to MCMV S RNA (of which S1 and S6 bind to the 5' untranslated region (UTR) and 3' untranslated region, respectively). Guide RNAs L1-L6 are complementary to MCMV L RNA (of which L1 and L6 bind to the 5' and 3' untranslated regions, respectively). All guide RNAs bind to the coding strand.

Cas13aおよびLCMV特異的ガイドRNAの発現により、細胞培養物中のLCMV複製が増加する。A)HEK293FT細胞に対してCas13aを発現しているプラスミドと、LCMVを標的する一本鎖ガイドRNAまたは非標的対照による形質移入を行った。形質移入の24時間後、LCMVで細胞を多重感染度5で感染させた。感染の48時間後、培養物の上澄み中のウイルスRNAにRT-定量PCRを行い、ウイルス力価を測定した。B)ウイルス複製の阻害。空のベクター、非標的#1および非標的#2を陰性対照と見なす。S1~S5およびL1~L6はLCMVゲノムの様々な領域を標的する。エラーバーは、n=3~6の生物学的に同じ試料に基づく1標準偏差を示している。Expression of Casl3a and LCMV-specific guide RNA increases LCMV replication in cell culture. A) HEK293FT cells were transfected with a plasmid expressing Casl3a and single-stranded guide RNA targeting LCMV or a non-targeting control. Twenty-four hours after transfection, cells were infected at a multiplicity of 5 with LCMV. Viral RNA in culture supernatants was subjected to RT-quantitative PCR 48 hours post-infection to determine virus titers. B) Inhibition of viral replication. Empty vector, non-target #1 and non-target #2 are considered negative controls. S1-S5 and L1-L6 target different regions of the LCMV genome. Error bars indicate 1 standard deviation based on n=3-6 biologically identical samples.

ウイルス複製の阻害。LCMVに感染させた哺乳類293FT細胞を示されたC2c2およびガイドプラスミドで形質移入した。表は、1マイクロリットル当たりのゲノム当量としてRT-定量PCR値を表しており、棒は形質移入された各ガイドプラスミドを表す。空のベクター、非標的#1および非標的#2を陰性対照と見なす。S1~S5およびL1~L6はLCMVゲノムの様々な領域を標的する。エラーバーは、n=6の生物学的に同じ試料に基づく1標準偏差を示している。Inhibition of viral replication. LCMV-infected mammalian 293FT cells were transfected with the indicated C2c2 and guide plasmids. The table presents RT-quantitative PCR values as genomic equivalents per microliter, with bars representing each guide plasmid transfected. Empty vector, non-target #1 and non-target #2 are considered negative controls. S1-S5 and L1-L6 target different regions of the LCMV genome. Error bars indicate 1 standard deviation based on n=6 biologically identical samples.

複数のガイドの組合せにより、LCMV複製のCas13a媒介阻害が増加する。HEK293FT細胞を、Cas13aを発現しているプラスミドおよびLCMVを標的する1種以上のガイドRNAまたは非標的対照で形質移入する。形質移入の24時間後、多重感染度5でLCMV感染を行い、感染の48時間後に培養物上澄み中のウイルスRNAをRT-qPCRしてウイルス力価を測定した。空のベクター、非標的#1および非標的#2を陰性対照と見なす。エラーバーは、n=6の生物学的に同じ試料に基づく1標準偏差を示している。[00100]Combining multiple guides increases Casl3a-mediated inhibition of LCMV replication. HEK293FT cells are transfected with a plasmid expressing Casl3a and one or more guide RNAs targeting LCMV or a non-targeting control. Twenty-four hours after transfection, LCMV infection was performed at a multiplicity of infection of 5, and virus titers were determined by RT-qPCR of viral RNA in culture supernatants 48 hours after infection. Empty vector, non-target #1 and non-target #2 are considered negative controls. Error bars indicate 1 standard deviation based on n=6 biologically identical samples. [00100] ウイルス複製を低減するガイドの画分。すべてのガイドについて、LCMV感染48時間後の平均緑色蛍光タンパク質(GFP)蛍光度を3つの同じ試料から算出した。各LCMV標的ガイドの倍率変化を、対照ガイドとLCMV標的ガイドを比べた平均蛍光の比として算出した。両側対応なし検定を用いてp値を算出した。標的ガイドは、p値が0.05以下、倍率変化(FC)が2以上の任意のガイドと見なす。この円グラフは、LCMVの4種のタンパク質の非コード領域およびコード領域に対応する楔形により、表に示されたデータをプロットしている。残りのガイドは、p値およびFC閾値を満たさないLCMV標的ガイドである。A guide fraction that reduces viral replication. For all guides, mean green fluorescent protein (GFP) fluorescence intensity 48 hours after LCMV infection was calculated from the same three samples. The fold change for each LCMV target guide was calculated as the ratio of the mean fluorescence comparing the control and LCMV target guides. P-values were calculated using a two-tailed unpaired test. A target guide is considered any guide with a p-value of 0.05 or less and a fold change (FC) of 2 or greater. The pie chart plots the tabulated data with wedges corresponding to the non-coding and coding regions of the four proteins of LCMV. The remaining guides are LCMV target guides that do not meet the p-value and FC thresholds.

標的ガイドの標的効率分布。p値の閾値0.05を満たすガイドについて、(対照ガイドとLCMV標的ガイドを比べた)GFP蛍光の倍率変化の分布を示す。このグラフには示されていないが、8個のガイドはGFP蛍光度の低下が50倍超であった(*8個のガイドは50倍超の低減を示した)。Target efficiency distribution of the target guide. The distribution of fold change in GFP fluorescence (comparing control and LCMV target guides) is shown for guides meeting a p-value threshold of 0.05. Although not shown in this graph, 8 guides showed >50-fold reduction in GFP fluorescence (*8 guides showed >50-fold reduction).

対照(空のガイドベクター)に比べてGFPの低減(すなわち、LCMV複製)を示すLコード領域を標的するガイド(#104)の代表的な画像(各ガイドについて3つの同じ試料)を示す。画像は、LCMV感染48時間後に4倍の倍率で撮影された。倍率変化が2.72、p値が0.047であった。Representative images (3 identical samples for each guide) of guides (#104) targeting the L coding region showing reduced GFP (ie LCMV replication) compared to controls (empty guide vector) are shown. Images were taken at 4x magnification 48 hours after LCMV infection. The fold change was 2.72 with a p-value of 0.047.

p値の閾値の0.05および倍率変化の閾値の2を満たすすべてのガイドについて、感染48時間後の対照ガイドとLCMV標的ガイドを比べたGFP蛍光の倍率変化を示す。x軸の各位置は、LCMVの完全なゲノム画面で試験したガイドである。この閾値を満たさないガイドは1としてプロットした。背景ノイズ以下の蛍光を持つ任意のガイドの倍率変化は、観察された最大倍率変化として設定されている。Shown is the fold change in GFP fluorescence compared to control and LCMV-targeted guides 48 hours post infection for all guides meeting a p-value threshold of 0.05 and a fold-change threshold of 2. Each position on the x-axis is a guide tested in the LCMV full genome screen. Guides that did not meet this threshold were plotted as 1's. The fold change of any guide with fluorescence below background noise is set as the maximum fold change observed.

Cas13aによる診断法は、ジカウイルスの核酸を高感度に検出することができる。ジカウイルスcDNAを健康なヒトの尿および水で連続希釈して、内因性ヒトRNA分解酵素を不活性化し、SHERLOCK試験規約を用いてウイルスcDNAを定量した(a)。また、患者の尿または血清由来のいくつかのcDNA試料を試験した(b)。ガイドRNAの組合せを用いてジカウイルス大流行時に異なる国から採取した患者の試料を区別した(c)。エラーバーは1標準偏差を示す。略語:DOM=ドミニカ共和国、DOMUSA=ドミニカ共和国・米国、HND=ホンジュラス、USA=米国。The Casl3a diagnostic method can detect Zika virus nucleic acid with high sensitivity. Zika virus cDNA was serially diluted in healthy human urine and water to inactivate endogenous human RNAse and viral cDNA was quantified using the SHERLOCK test protocol (a). We also tested several cDNA samples from patient urine or serum (b). Combinations of guide RNA were used to differentiate patient samples from different countries during the Zika virus outbreak (c). Error bars indicate 1 standard deviation. Abbreviations: DOM = Dominican Republic, DOMUSA = Dominican Republic/United States, HND = Honduras, USA = United States.

特定の例示的な実施形態によるジカの1コピー検出を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing single copy detection of Zika according to certain exemplary embodiments; FIG.

ジカウイルス特異的RPAプライマーおよびジカウイルス特異的crRNAを用いたSHERLOCK法によるジカcDNA(a)、RNA(b)、およびウイルス粒子(c)の検出限界を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料の1標準偏差を示している。どの入力も、水または尿にヌクレアーゼを含まない水を加えたものではなかった。Detection limits for Zika cDNA (a), RNA (b), and viral particles (c) by the SHERLOCK method using Zika virus-specific RPA primers and Zika virus-specific crRNA are shown. Error bars indicate 1 standard deviation of 3 technically identical samples. None of the inputs were water or urine plus nuclease-free water. ジカウイルス特異的RPAプライマーおよびジカウイルス特異的crRNAを用いたSHERLOCK法によるジカcDNA(a)、RNA(b)、およびウイルス粒子(c)の検出限界を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料の1標準偏差を示している。どの入力も、水または尿にヌクレアーゼを含まない水を加えたものではなかった。Detection limits for Zika cDNA (a), RNA (b), and viral particles (c) by the SHERLOCK method using Zika virus-specific RPA primers and Zika virus-specific crRNA are shown. Error bars indicate 1 standard deviation of 3 technically identical samples. None of the inputs were water or urine plus nuclease-free water. ジカウイルス特異的RPAプライマーおよびジカウイルス特異的crRNAを用いたSHERLOCK法によるジカcDNA(a)、RNA(b)、およびウイルス粒子(c)の検出限界を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料の1標準偏差を示している。どの入力も、水または尿にヌクレアーゼを含まない水を加えたものではなかった。Detection limits for Zika cDNA (a), RNA (b), and viral particles (c) by the SHERLOCK method using Zika virus-specific RPA primers and Zika virus-specific crRNA are shown. Error bars indicate 1 standard deviation of 3 technically identical samples. None of the inputs were water or urine plus nuclease-free water.

パネルAはウイルス試料中の一塩基変異を検出する概略図である。パネルBは、SHERLOCK法で試験した3つのSNPのゲノム位置を示す概略図である。パネルCは、2015年のジカウイルス大流行時に生じたSNPをSNPが生じた地域と共に表すグラフを示す。パネルDは、1時間の変異体cRNAと野生型cRNAとの蛍光度の比を示す。パネルEは、crRNAのそれぞれに対する各試料について、図78Dで示した蛍光度の比をlogに変換して示すヒートマップである。0より大きい値は変異多様体の存在を示している。パネルFは、S139N多様体を持つデータを示すグラフである。濃い影付きの棒は、S139N標的crRNAを検出反応に用いた場合に測定された蛍光度を示し、薄い影付きの棒は、N139S標的crRNAを用いた場合に測定された蛍光度を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Panel A is a schematic of detecting single nucleotide mutations in virus samples. Panel B is a schematic showing the genomic locations of the three SNPs tested with the SHERLOCK method. Panel C shows a graph depicting the SNPs that occurred during the 2015 Zika virus outbreak along with the regions where the SNPs occurred. Panel D shows the fluorescence intensity ratio of mutant cRNA to wild-type cRNA at 1 hour. Panel E is a heatmap showing the log 2 transformed ratio of the fluorescence intensity shown in Figure 78D for each sample against each of the crRNAs. Values greater than 0 indicate the presence of mutant variants. Panel F is a graph showing data with the S139N manifold. Dark-shaded bars indicate fluorescence measured when S139N-targeted crRNA is used in the detection reaction, and light-shaded bars indicate fluorescence measured when N139S-targeted crRNA is used. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. パネルAはウイルス試料中の一塩基変異を検出する概略図である。パネルBは、SHERLOCK法で試験した3つのSNPのゲノム位置を示す概略図である。パネルCは、2015年のジカウイルス大流行時に生じたSNPをSNPが生じた地域と共に表すグラフを示す。パネルDは、1時間の変異体cRNAと野生型cRNAとの蛍光度の比を示す。パネルEは、crRNAのそれぞれに対する各試料について、図78Dで示した蛍光度の比をlogに変換して示すヒートマップである。0より大きい値は変異多様体の存在を示している。パネルFは、S139N多様体を持つデータを示すグラフである。濃い影付きの棒は、S139N標的crRNAを検出反応に用いた場合に測定された蛍光度を示し、薄い影付きの棒は、N139S標的crRNAを用いた場合に測定された蛍光度を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Panel A is a schematic of detecting single nucleotide mutations in virus samples. Panel B is a schematic showing the genomic locations of the three SNPs tested with the SHERLOCK method. Panel C shows a graph depicting the SNPs that occurred during the 2015 Zika virus outbreak along with the regions where the SNPs occurred. Panel D shows the fluorescence intensity ratio of mutant cRNA to wild-type cRNA at 1 hour. Panel E is a heatmap showing the log 2 transformed ratio of the fluorescence intensity shown in Figure 78D for each sample against each of the crRNAs. Values greater than 0 indicate the presence of mutant variants. Panel F is a graph showing data with the S139N manifold. Dark-shaded bars indicate fluorescence measured when S139N-targeted crRNA is used in the detection reaction, and light-shaded bars indicate fluorescence measured when N139S-targeted crRNA is used. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. パネルAはウイルス試料中の一塩基変異を検出する概略図である。パネルBは、SHERLOCK法で試験した3つのSNPのゲノム位置を示す概略図である。パネルCは、2015年のジカウイルス大流行時に生じたSNPをSNPが生じた地域と共に表すグラフを示す。パネルDは、1時間の変異体cRNAと野生型cRNAとの蛍光度の比を示す。パネルEは、crRNAのそれぞれに対する各試料について、図78Dで示した蛍光度の比をlogに変換して示すヒートマップである。0より大きい値は変異多様体の存在を示している。パネルFは、S139N多様体を持つデータを示すグラフである。濃い影付きの棒は、S139N標的crRNAを検出反応に用いた場合に測定された蛍光度を示し、薄い影付きの棒は、N139S標的crRNAを用いた場合に測定された蛍光度を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Panel A is a schematic of detecting single nucleotide mutations in virus samples. Panel B is a schematic showing the genomic locations of the three SNPs tested with the SHERLOCK method. Panel C shows a graph depicting the SNPs that occurred during the 2015 Zika virus outbreak along with the regions where the SNPs occurred. Panel D shows the fluorescence intensity ratio of mutant cRNA to wild-type cRNA at 1 hour. Panel E is a heatmap showing the log 2 transformed ratio of the fluorescence intensity shown in Figure 78D for each sample against each of the crRNAs. Values greater than 0 indicate the presence of mutant variants. Panel F is a graph showing data with the S139N manifold. Dark-shaded bars indicate fluorescence measured when S139N-targeted crRNA is used in the detection reaction, and light-shaded bars indicate fluorescence measured when N139S-targeted crRNA is used. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. パネルAはウイルス試料中の一塩基変異を検出する概略図である。パネルBは、SHERLOCK法で試験した3つのSNPのゲノム位置を示す概略図である。パネルCは、2015年のジカウイルス大流行時に生じたSNPをSNPが生じた地域と共に表すグラフを示す。パネルDは、1時間の変異体cRNAと野生型cRNAとの蛍光度の比を示す。パネルEは、crRNAのそれぞれに対する各試料について、図78Dで示した蛍光度の比をlogに変換して示すヒートマップである。0より大きい値は変異多様体の存在を示している。パネルFは、S139N多様体を持つデータを示すグラフである。濃い影付きの棒は、S139N標的crRNAを検出反応に用いた場合に測定された蛍光度を示し、薄い影付きの棒は、N139S標的crRNAを用いた場合に測定された蛍光度を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Panel A is a schematic of detecting single nucleotide mutations in virus samples. Panel B is a schematic showing the genomic locations of the three SNPs tested with the SHERLOCK method. Panel C shows a graph depicting the SNPs that occurred during the 2015 Zika virus outbreak along with the regions where the SNPs occurred. Panel D shows the fluorescence intensity ratio of mutant to wild-type cRNA at 1 hour. Panel E is a heatmap showing the log 2 transformed ratio of the fluorescence intensity shown in Figure 78D for each sample against each of the crRNAs. Values greater than 0 indicate the presence of mutant variants. Panel F is a graph showing data with the S139N manifold. Dark-shaded bars indicate fluorescence measured when S139N-targeted crRNA is used in the detection reaction, and light-shaded bars indicate fluorescence measured when N139S-targeted crRNA is used. Error bars indicate 1SD for three technically identical samples.

パネルAは、多血清型デング熱SHERLOCKパネルがどのように作用するかを示す概略図である。パネルBでは、x軸の各目盛りは、SHERLOCK反応の入力として用いられたgブロック鋳型を示す。紫色のそれぞれの影は、血清型に特異的なcrRNAを示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。パネルCは、log10目盛りの蛍光度として(b)でプロットされたバーの別の表示である。Panel A is a schematic showing how the multi-serotype dengue SHERLOCK panel works. In panel B, each tick on the x-axis represents a g-block template that was used as input for the SHERLOCK reaction. Each shade of purple indicates a serotype-specific crRNA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. Panel C is another representation of the bars plotted in (b) as fluorescence on a log 10 scale. パネルAは、多血清型デング熱SHERLOCKパネルがどのように作用するかを示す概略図である。パネルBでは、x軸の各目盛りは、SHERLOCK反応の入力として用いられたgブロック鋳型を示す。紫色のそれぞれの影は、血清型に特異的なcrRNAを示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。パネルCは、log10目盛りの蛍光度として(b)でプロットされたバーの別の表示である。Panel A is a schematic showing how the multi-serovar dengue SHERLOCK panel works. In panel B, each tick on the x-axis represents a g-block template that was used as input for the SHERLOCK reaction. Each shade of purple indicates a serotype-specific crRNA. Error bars indicate 1SD for three technically identical samples. Panel C is another representation of the bars plotted in (b) as fluorescence on a log 10 scale.

パネルAは、フラビウイルスのSHERLOCKパネルがどのように作用するかを示す概略図である。パネルBでは、x軸の各目盛りはSHERLOCK反応の入力に用いられたgブロック鋳型を示す。パネルCでは、x軸の各目盛りは、SHERLOCK反応の入力として用いられて共感染を検出するSHERLOCKの能力を模倣する2つのgブロック鋳型を示す。交互に示されている白色のブロックと灰色のブロックでは、各棒は、各ブロックに保存されたZIKV crRNA、WNV crRNA、DENV crRNA、およびYFV crRNAの順で試験したガイドから得られた蛍光度である。パネルBおよびCでは、それぞれの色は、ウイルスに特異的なcrRNAを示している。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Panel A is a schematic showing how the flavivirus SHERLOCK panel works. In panel B, each tick on the x-axis represents the g-block template used to input the SHERLOCK reaction. In panel C, each tick on the x-axis represents two g-block templates used as inputs for the SHERLOCK reaction to mimic the ability of SHERLOCK to detect co-infections. In alternating white and gray blocks, each bar is the fluorescence intensity obtained from guides tested in the order of ZIKV crRNA, WNV crRNA, DENV crRNA and YFV crRNA stored in each block. be. In panels B and C, each color indicates a virus-specific crRNA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. パネルAは、フラビウイルスのSHERLOCKパネルがどのように作用するかを示す概略図である。パネルBでは、x軸の各目盛りはSHERLOCK反応の入力に用いられたgブロック鋳型を示す。パネルCでは、x軸の各目盛りは、SHERLOCK反応の入力として用いられて共感染を検出するSHERLOCKの能力を模倣する2つのgブロック鋳型を示す。交互に示されている白色のブロックと灰色のブロックでは、各棒は、各ブロックに保存されたZIKV crRNA、WNV crRNA、DENV crRNA、およびYFV crRNAの順で試験したガイドから得られた蛍光度である。パネルBおよびCでは、それぞれの色は、ウイルスに特異的なcrRNAを示している。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Panel A is a schematic showing how the flavivirus SHERLOCK panel works. In panel B, each tick on the x-axis represents the g-block template used to input the SHERLOCK reaction. In panel C, each tick on the x-axis represents two g-block templates used as inputs for the SHERLOCK reaction to mimic the ability of SHERLOCK to detect co-infections. In alternating white and gray blocks, each bar is the fluorescence intensity obtained from guides tested in the order of ZIKV crRNA, WNV crRNA, DENV crRNA and YFV crRNA stored in each block. be. In panels B and C, each color indicates a virus-specific crRNA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

パネルAおよびBはそれぞれ、図80Bおよび図80Cの棒グラフに示した測定蛍光度の別の表示である。勾配は、3時間後のlog10目盛りの蛍光度である。Panels A and B are alternative representations of the measured fluorescence shown in the bar graphs of Figures 80B and 80C, respectively. The slope is the log 10 scale fluorescence after 3 hours.

臨床試料および蚊の供給源由来の高感度ZIKV検出。(A)臨床試料に適用したSHERLOCKの概略図である。臨床試料から核酸を抽出して、標的分子をリコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)により増幅する。RPAの前にRNA試料を逆転写(RT)する。RPA生成物を(dsDNA RPA生成物の生体外転写について)T7 RNAポリメラーゼ、精製Cas13a、crRNA、および切断されると蛍光を発するRNAレポーターを含む反応を用いて検出た。(B)2016年のZIKV大流行時に採取した40個の試料に対してSHERLOCKを試験した。20分のRPA反応および1時間のCas13a検出によりcDNAにSHERLOCKを行った。青色の破線は、ZIKVの有無に関する閾値を示している(詳細は「方法」を参照のこと)。(C)SHERLOCKの蛍光度と増幅産物PCR収率との比較。(B)で示した40個のZIKV cDNA試料に対してSHERLOCKおよび増幅産物PCRを行った。増幅産物PCR収率は、ZIKVゲノムのタイル(オーバーラップした配列)になっているプライマー供給源を用いる2つの個別の増幅反応の最少濃度(ng/μL)である。破線は、ZIKVの有無を決定する閾値を示す。青色はSHERLOCK、赤色は増幅産物PCRである。ベン図は、各方法についてこれらの閾値を満たす試料の数を示している。場合によっては、データ点がほとんど重なっており、括弧内の数字によって示されている。N.D.は「未検出」である。Sensitive ZIKV detection from clinical samples and mosquito sources. (A) Schematic of SHERLOCK applied to clinical samples. Nucleic acids are extracted from clinical samples and target molecules are amplified by recombinase polymerase amplification (RPA). RNA samples are reverse transcribed (RT) prior to RPA. RPA products were detected (for in vitro transcription of dsDNA RPA products) using a reaction containing T7 RNA polymerase, purified Casl3a, crRNA, and an RNA reporter that fluoresces when cleaved. (B) SHERLOCK was tested on 40 samples collected during the 2016 ZIKV outbreak. The cDNA was SHERLOCKed with a 20 minute RPA reaction and 1 hour Cas13a detection. The dashed blue line indicates the threshold for the presence or absence of ZIKV (see Methods for details). (C) Comparison of SHERLOCK fluorescence and amplification product PCR yield. SHERLOCK and amplified product PCR were performed on the 40 ZIKV cDNA samples shown in (B). Amplification product PCR yield is the minimum concentration (ng/μL) of two separate amplification reactions using primer sources that tile the ZIKV genome (overlapping sequences). The dashed line indicates the threshold that determines the presence or absence of ZIKV. Blue is SHERLOCK, red is amplification product PCR. The Venn diagram shows the number of samples meeting these thresholds for each method. In some cases, data points nearly overlapped, indicated by numbers in parentheses. N. D. is "undetected".

尿からのZIKV cDNA、RNA、および粒子の直接検出。(A)SHERLOCKを用いた未処理の健康なヒトの尿(赤色)で希釈したZIKV cDNAの検出。(B)SHERLOCKを用いた未処理(赤色)または処理済み(青色)の健康なヒトの尿で希釈したZIKV RNAの検出。(C)SHERLOCKを用いたPBS(灰色)または未処理の健康なヒトの尿(赤色)で希釈したZIKV粒子の検出。未希釈のウイルス保存液を黒色で示している。ほとんどの希釈試料および入力なしについて3時間の蛍光度を示す(はめ込み)。すべてのパネルにおいて、試料をTCEP/EDTAで処理して、加熱し、希釈直後にウイルスとRNA分解酵素の両方を不活性化した。熱処理の長さは、概略図に示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Direct detection of ZIKV cDNA, RNA and particles from urine. (A) Detection of ZIKV cDNA diluted in untreated healthy human urine (red) using SHERLOCK. (B) Detection of ZIKV RNA diluted in untreated (red) or treated (blue) healthy human urine using SHERLOCK. (C) Detection of ZIKV particles diluted in PBS (gray) or untreated healthy human urine (red) using SHERLOCK. Undiluted virus stocks are shown in black. Three-hour fluorescence is shown for most diluted samples and no input (inset). In all panels, samples were treated with TCEP/EDTA and heated to inactivate both virus and RNase immediately after dilution. The length of heat treatment is indicated in the schematic. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

SHERLOCKパネルはウイルス種および血清型を区別することができる。(A) SHERLOCKを用いた4種の関連するフラビウイルスの検出。(B)棒グラフおよびヒートマップの両方にそれぞれのウイルスに対する各crRNAの3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。(C)1つの試料中に2種のウイルス標的が存在する場合の3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。(D)SHERLOCKを用いたDENV血清型1~4の検出。(E)DENV血清型のそれぞれに対する血清型に特異的なcrRNAの3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。標的に特異的な蛍光度は、入力なしのcrRNAの蛍光度に対する各標的のcrRNAに対する蛍光度である。すべてのパネルで、エラーバーは3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。The SHERLOCK panel can distinguish virus species and serotypes. (A) Detection of four related flaviviruses using SHERLOCK. (B) Both a bar graph and a heat map show the target-specific fluorescence intensity after 3 h for each crRNA against each virus. (C) Target-specific fluorescence after 3 hours when two viral targets are present in one sample. (D) Detection of DENV serotypes 1-4 using SHERLOCK. (E) Target-specific fluorescence after 3 hours of serotype-specific crRNAs for each of the DENV serotypes. Target-specific fluorescence is the fluorescence for each target crRNA relative to the fluorescence for no input crRNA. In all panels, error bars indicate 1SD for 3 technically identical samples. SHERLOCKパネルはウイルス種および血清型を区別することができる。(A) SHERLOCKを用いた4種の関連するフラビウイルスの検出。(B)棒グラフおよびヒートマップの両方にそれぞれのウイルスに対する各crRNAの3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。(C)1つの試料中に2種のウイルス標的が存在する場合の3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。(D)SHERLOCKを用いたDENV血清型1~4の検出。(E)DENV血清型のそれぞれに対する血清型に特異的なcrRNAの3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。標的に特異的な蛍光度は、入力なしのcrRNAの蛍光度に対する各標的のcrRNAに対する蛍光度である。すべてのパネルで、エラーバーは3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。The SHERLOCK panel can distinguish virus species and serotypes. (A) Detection of four related flaviviruses using SHERLOCK. (B) Both a bar graph and a heat map show the target-specific fluorescence intensity after 3 h for each crRNA against each virus. (C) Target-specific fluorescence after 3 hours when two viral targets are present in one sample. (D) Detection of DENV serotypes 1-4 using SHERLOCK. (E) Target-specific fluorescence after 3 hours of serotype-specific crRNAs for each of the DENV serotypes. Target-specific fluorescence is the fluorescence for each target crRNA relative to the fluorescence for no input crRNA. In all panels, error bars indicate 1SD for 3 technically identical samples. SHERLOCKパネルはウイルス種および血清型を区別することができる。(A) SHERLOCKを用いた4種の関連するフラビウイルスの検出。(B)棒グラフおよびヒートマップの両方にそれぞれのウイルスに対する各crRNAの3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。(C)1つの試料中に2種のウイルス標的が存在する場合の3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。(D)SHERLOCKを用いたDENV血清型1~4の検出。(E)DENV血清型のそれぞれに対する血清型に特異的なcrRNAの3時間後の標的に特異的な蛍光度を示す。標的に特異的な蛍光度は、入力なしのcrRNAの蛍光度に対する各標的のcrRNAに対する蛍光度である。すべてのパネルで、エラーバーは3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。The SHERLOCK panel can distinguish virus species and serotypes. (A) Detection of four related flaviviruses using SHERLOCK. (B) Both a bar graph and a heat map show the target-specific fluorescence intensity after 3 h for each crRNA against each virus. (C) Target-specific fluorescence after 3 hours when two viral targets are present in one sample. (D) Detection of DENV serotypes 1-4 using SHERLOCK. (E) Target-specific fluorescence after 3 hours of serotype-specific crRNAs for each of the DENV serotypes. Target-specific fluorescence is the fluorescence for each target crRNA relative to the fluorescence for no input crRNA. In all panels, error bars indicate 1SD for 3 technically identical samples.

大流行に由来する適応および機能的ZIKV変異の同定。(A)SHERLOCKアッセイがどのようにSNP同定に対して設計されているかを示す概略図である。淡色を用いて祖先のcrRNAを示し、濃色を用いて由来crRNAを示す。(B)2016年のZIKV大流行由来の3つのSNPに対するSHERLOCKアッセイ。本出願人は、SNPのそれぞれのゲノム位置と、その進化の関係を記載する簡略化した系統樹を示す。(C)合成標的を用いたSNP同定試験。3つの地域に特異的なSNPのそれぞれについて、由来crRNA(濃色)および祖先crRNA(淡色)の蛍光値を示す。(D)2016年のZIKV大流行に由来する試料中の地域に特異的なSNPの同定。3つのSNP同定アッセイを用いて、ドミニカ共和国(DOM)、米国(USA)、およびホンジュラス(HND)由来のcDNA試料を評価した。本出願人は、各SNPと各試料について蛍光度の比(由来crRNAの蛍光度を祖先crRNAの蛍光で除したもの)を示す。(E)ヒートマップとして(D)のデータをlogに変換した表示である。(F)小頭症に関連したZIKVのSNPの同定。(C)同様、濃色は由来crRNAを示し、淡色は祖先crRNAを示す。すべてのパネルで、エラーバーは3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Identification of adaptive and functional ZIKV mutations from outbreaks. (A) Schematic showing how the SHERLOCK assay is designed for SNP identification. Light colors are used to indicate ancestral crRNAs and dark colors are used to indicate derived crRNAs. (B) SHERLOCK assay for three SNPs from the 2016 ZIKV outbreak. Applicants present a simplified phylogenetic tree describing the genomic location of each of the SNPs and their evolutionary relationships. (C) SNP identification test using synthetic targets. Fluorescence values for derived (dark) and ancestral (light) crRNA are shown for each of the three region-specific SNPs. (D) Identification of region-specific SNPs in samples from the 2016 ZIKV outbreak. Three SNP identification assays were used to evaluate cDNA samples from the Dominican Republic (DOM), the United States (USA), and Honduras (HND). Applicants present the fluorescence intensity ratio (derived crRNA fluorescence divided by ancestral crRNA fluorescence) for each SNP and each sample. (E) is a representation of the data in (D) transformed to log 2 as a heat map. (F) Identification of ZIKV SNPs associated with microcephaly. (C) Similarly, dark color indicates derived crRNA and light color indicates ancestral crRNA. In all panels, error bars indicate 1SD for 3 technically identical samples. 大流行に由来する適応および機能的ZIKV変異の同定。(A)SHERLOCKアッセイがどのようにSNP同定に対して設計されているかを示す概略図である。淡色を用いて祖先のcrRNAを示し、濃色を用いて由来crRNAを示す。(B)2016年のZIKV大流行由来の3つのSNPに対するSHERLOCKアッセイ。本出願人は、SNPのそれぞれのゲノム位置と、その進化の関係を記載する簡略化した系統樹を示す。(C)合成標的を用いたSNP同定試験。3つの地域に特異的なSNPのそれぞれについて、由来crRNA(濃色)および祖先crRNA(淡色)の蛍光値を示す。(D)2016年のZIKV大流行に由来する試料中の地域に特異的なSNPの同定。3つのSNP同定アッセイを用いて、ドミニカ共和国(DOM)、米国(USA)、およびホンジュラス(HND)由来のcDNA試料を評価した。本出願人は、各SNPと各試料について蛍光度の比(由来crRNAの蛍光度を祖先crRNAの蛍光で除したもの)を示す。(E)ヒートマップとして(D)のデータをlogに変換した表示である。(F)小頭症に関連したZIKVのSNPの同定。(C)同様、濃色は由来crRNAを示し、淡色は祖先crRNAを示す。すべてのパネルで、エラーバーは3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Identification of adaptive and functional ZIKV mutations from outbreaks. (A) Schematic showing how the SHERLOCK assay is designed for SNP identification. Light colors are used to indicate ancestral crRNAs and dark colors are used to indicate derived crRNAs. (B) SHERLOCK assay for three SNPs from the 2016 ZIKV outbreak. Applicants present a simplified phylogenetic tree describing the genomic location of each of the SNPs and their evolutionary relationships. (C) SNP identification test using synthetic targets. Fluorescence values for derived (dark) and ancestral (light) crRNA are shown for each of the three region-specific SNPs. (D) Identification of region-specific SNPs in samples from the 2016 ZIKV outbreak. Three SNP identification assays were used to evaluate cDNA samples from the Dominican Republic (DOM), the United States (USA), and Honduras (HND). Applicants present the fluorescence intensity ratio (derived crRNA fluorescence divided by ancestral crRNA fluorescence) for each SNP and each sample. (E) is a representation of the data in (D) transformed to log 2 as a heat map. (F) Identification of ZIKV SNPs associated with microcephaly. (C) Similarly, dark color indicates derived crRNA and light color indicates ancestral crRNA. In all panels, error bars indicate 1SD for 3 technically identical samples.

SHERLOCKは高感度でZIKV cDNAを検出することができる。本出願人は、ZIKV cDNAの連続希釈液について20分のRPAと1時間の検出を行った後のSHERLOCK蛍光値を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。この実験では、RNA分解酵素Alert v1 (IDT)をRNAレポーターとして用いた。SHERLOCK can detect ZIKV cDNA with high sensitivity. Applicants show SHERLOCK fluorescence values after 20 minutes of RPA and 1 hour of detection on serial dilutions of ZIKV cDNA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. In this experiment, RNase Alert v1 (IDT) was used as the RNA reporter.

(A~D)2016年のZIKV大流行由来の40個のcDNA試料について1時間後のSHERLOCK蛍光度データ。試料名は、採取国、試料採取年、試料の名前、および試料の種類を示している。試料の種類は、PLA:血漿試料、SER:血清試料、URI:尿試料、MOS:蚊の供給源として示されている。採取国は、略語HND:ホンジュラス、DOM:ドミニカ共和国、USA:米国で示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。各プロットに示されている陽性対照(紫色)は培養したウイルス種保存液(PE243)である。陰性対照は橙色で示されている。(AD) SHERLOCK fluorescence data after 1 hour for 40 cDNA samples from the 2016 ZIKV outbreak. The sample name indicates the country of collection, the year of collection of the sample, the name of the sample, and the type of sample. Sample types are indicated as PLA: plasma sample, SER: serum sample, URI: urine sample, MOS: mosquito source. The countries of harvest are indicated by the abbreviations HND: Honduras, DOM: Dominican Republic, USA: USA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. The positive control (purple) shown in each plot is cultured virus seed stock (PE243). Negative controls are shown in orange. (A~D)2016年のZIKV大流行由来の40個のcDNA試料について1時間後のSHERLOCK蛍光度データ。試料名は、採取国、試料採取年、試料の名前、および試料の種類を示している。試料の種類は、PLA:血漿試料、SER:血清試料、URI:尿試料、MOS:蚊の供給源として示されている。採取国は、略語HND:ホンジュラス、DOM:ドミニカ共和国、USA:米国で示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。各プロットに示されている陽性対照(紫色)は培養したウイルス種保存液(PE243)である。陰性対照は橙色で示されている。(AD) SHERLOCK fluorescence data after 1 hour for 40 cDNA samples from the 2016 ZIKV outbreak. The sample name indicates the country of collection, the year of collection of the sample, the name of the sample, and the type of sample. Sample types are indicated as PLA: plasma sample, SER: serum sample, URI: urine sample, MOS: mosquito source. The countries of harvest are indicated by the abbreviations HND: Honduras, DOM: Dominican Republic, USA: USA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. The positive control (purple) shown in each plot is cultured virus seed stock (PE243). Negative controls are shown in orange. (A~D)2016年のZIKV大流行由来の40個のcDNA試料について1時間後のSHERLOCK蛍光度データ。試料名は、採取国、試料採取年、試料の名前、および試料の種類を示している。試料の種類は、PLA:血漿試料、SER:血清試料、URI:尿試料、MOS:蚊の供給源として示されている。採取国は、略語HND:ホンジュラス、DOM:ドミニカ共和国、USA:米国で示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。各プロットに示されている陽性対照(紫色)は培養したウイルス種保存液(PE243)である。陰性対照は橙色で示されている。(AD) SHERLOCK fluorescence data after 1 hour for 40 cDNA samples from the 2016 ZIKV outbreak. The sample name indicates the country of collection, the year of collection of the sample, the name of the sample, and the type of sample. Sample types are indicated as PLA: plasma sample, SER: serum sample, URI: urine sample, MOS: mosquito source. The countries of harvest are indicated by the abbreviations HND: Honduras, DOM: Dominican Republic, USA: USA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. The positive control (purple) shown in each plot is cultured virus seed stock (PE243). Negative controls are shown in orange. (A~D)2016年のZIKV大流行由来の40個のcDNA試料について1時間後のSHERLOCK蛍光度データ。試料名は、採取国、試料採取年、試料の名前、および試料の種類を示している。試料の種類は、PLA:血漿試料、SER:血清試料、URI:尿試料、MOS:蚊の供給源として示されている。採取国は、略語HND:ホンジュラス、DOM:ドミニカ共和国、USA:米国で示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。各プロットに示されている陽性対照(紫色)は培養したウイルス種保存液(PE243)である。陰性対照は橙色で示されている。(AD) SHERLOCK fluorescence data after 1 hour for 40 cDNA samples from the 2016 ZIKV outbreak. The sample name indicates the country of collection, the year of collection of the sample, the name of the sample, and the type of sample. Sample types are indicated as PLA: plasma sample, SER: serum sample, URI: urine sample, MOS: mosquito source. The countries of harvest are indicated by the abbreviations HND: Honduras, DOM: Dominican Republic, USA: USA. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. The positive control (purple) shown in each plot is cultured virus seed stock (PE243). Negative controls are shown in orange.

増幅産物PCRプライマー供給源データおよび閾値化。(A)各cDNA試料について、2つの増幅産物PCRプライマー供給源のそれぞれのng/μL濃度(Agilent tapestationで測定)の散布図。場合によってはデータ点がほとんど重なっており、それらは括弧内の数字によって示されている。N.D.は「未検出」である。陽性対照(紫色の十字)は培養したウイルス種保存液(PE243)であり、陰性対照(橙色の×)は1つの入力なし対照と、1提供者の4つの健康な尿試料を含む。(B)最近のジカ配列決定の成果(Metsky et al. 2017)に由来するゲノムのカバレッジに対する増幅産物PCR収率(ng/μl)の散布図。増幅産物PCR収率は、2つの増幅産物PCR供給源の最低増幅産物DNA濃度(Agilent tapestationにより測定)により規定される。ゲノムのカバレッジは1に対して正規化されている。配列決定ライブラリーの技術的に同じ試料を個別の円で示している。(C)本出願人は、精度(真陽性および偽陽性の和で除した真陽性)、再現率(感度)、および増幅産物PCR収率の閾値を変化させるためのF0.5統計値を示す。F0.5統計値が最大になるように増幅産物PCR収率の閾値を選択した。Amplification product PCR primer source data and thresholding. (A) Scatter plot of the respective ng/μL concentrations (measured on the Agilent tapestation) of the two amplicon PCR primer sources for each cDNA sample. In some cases the data points nearly overlapped and are indicated by the numbers in brackets. N. D. is "undetected". Positive controls (purple crosses) were cultured viral seed stocks (PE243) and negative controls (orange Xs) included 1 no input control and 4 healthy urine samples from 1 donor. (B) Scatterplot of amplification product PCR yield (ng/μl) versus genome coverage from recent Zika sequencing efforts (Metsky et al. 2017). The amplicon PCR yield is defined by the lowest amplicon DNA concentration (measured by Agilent tapestation) of the two amplicon PCR sources. Genomic coverage is normalized to 1. Technically identical samples of the sequencing library are shown in separate circles. (C) Applicants set F0.5 statistics for varying thresholds for accuracy (true positives divided by the sum of true positives and false positives), recall (sensitivity), and amplification product PCR yield. show. The amplicon PCR yield threshold was chosen to maximize the F 0.5 statistic. 増幅産物PCRプライマー供給源データおよび閾値化。(A)各cDNA試料について、2つの増幅産物PCRプライマー供給源のそれぞれのng/μL濃度(Agilent tapestationで測定)の散布図。場合によってはデータ点がほとんど重なっており、それらは括弧内の数字によって示されている。N.D.は「未検出」である。陽性対照(紫色の十字)は培養したウイルス種保存液(PE243)であり、陰性対照(橙色の×)は1つの入力なし対照と、1提供者の4つの健康な尿試料を含む。(B)最近のジカ配列決定の成果(Metsky et al. 2017)に由来するゲノムのカバレッジに対する増幅産物PCR収率(ng/μl)の散布図。増幅産物PCR収率は、2つの増幅産物PCR供給源の最低増幅産物DNA濃度(Agilent tapestationにより測定)により規定される。ゲノムのカバレッジは1に対して正規化されている。配列決定ライブラリーの技術的に同じ試料を個別の円で示している。(C)本出願人は、精度(真陽性および偽陽性の和で除した真陽性)、再現率(感度)、および増幅産物PCR収率の閾値を変化させるためのF0.5統計値を示す。F0.5統計値が最大になるように増幅産物PCR収率の閾値を選択した。Amplification product PCR primer source data and thresholding. (A) Scatter plot of the respective ng/μL concentrations (measured on the Agilent tapestation) of the two amplicon PCR primer sources for each cDNA sample. In some cases the data points nearly overlapped and are indicated by the numbers in brackets. N. D. is "undetected". Positive controls (purple crosses) were cultured viral seed stocks (PE243) and negative controls (orange Xs) included one no input control and four healthy urine samples from one donor. (B) Scatterplot of amplification product PCR yield (ng/μl) versus genome coverage from recent Zika sequencing efforts (Metsky et al. 2017). The amplicon PCR yield is defined by the lowest amplicon DNA concentration (measured by Agilent tapestation) of the two amplicon PCR sources. Genomic coverage is normalized to 1. Technically identical samples of the sequencing library are shown in separate circles. (C) Applicants set F0.5 statistics for varying thresholds for accuracy (true positives divided by the sum of true positives and false positives), recall (sensitivity), and amplification product PCR yield. show. The amplicon PCR yield threshold was chosen to maximize the F 0.5 statistic. 増幅産物PCRプライマー供給源データおよび閾値化。(A)各cDNA試料について、2つの増幅産物PCRプライマー供給源のそれぞれのng/μL濃度(Agilent tapestationで測定)の散布図。場合によってはデータ点がほとんど重なっており、それらは括弧内の数字によって示されている。N.D.は「未検出」である。陽性対照(紫色の十字)は培養したウイルス種保存液(PE243)であり、陰性対照(橙色の×)は1つの入力なし対照と、1提供者の4つの健康な尿試料を含む。(B)最近のジカ配列決定の成果(Metsky et al. 2017)に由来するゲノムのカバレッジに対する増幅産物PCR収率(ng/μl)の散布図。増幅産物PCR収率は、2つの増幅産物PCR供給源の最低増幅産物DNA濃度(Agilent tapestationにより測定)により規定される。ゲノムのカバレッジは1に対して正規化されている。配列決定ライブラリーの技術的に同じ試料を個別の円で示している。(C)本出願人は、精度(真陽性および偽陽性の和で除した真陽性)、再現率(感度)、および増幅産物PCR収率の閾値を変化させるためのF0.5統計値を示す。F0.5統計値が最大になるように増幅産物PCR収率の閾値を選択した。Amplification product PCR primer source data and thresholding. (A) Scatter plot of the respective ng/μL concentrations (measured on the Agilent tapestation) of the two amplicon PCR primer sources for each cDNA sample. In some cases the data points nearly overlapped and are indicated by the numbers in brackets. N. D. is "undetected". Positive controls (purple crosses) were cultured viral seed stocks (PE243) and negative controls (orange Xs) included one no input control and four healthy urine samples from one donor. (B) Scatterplot of amplification product PCR yield (ng/μl) versus genome coverage from recent Zika sequencing efforts (Metsky et al. 2017). The amplicon PCR yield is defined by the lowest amplicon DNA concentration (measured by Agilent tapestation) of the two amplicon PCR sources. Genomic coverage is normalized to 1. Technically identical samples of the sequencing library are shown in separate circles. (C) Applicants set F0.5 statistics for varying thresholds for accuracy (true positives divided by the sum of true positives and false positives), recall (sensitivity), and amplification product PCR yield. show. The amplicon PCR yield threshold was chosen to maximize the F 0.5 statistic.

熱および化学処理を用いたRNA分解酵素の不活性化。RNA分解酵素Aの1:4の連続希釈液(1μg/ml)または健康なヒトの尿を、最終濃度がそれぞれ100mMと1mMのTCEPとEDTAで処理した。試料を95℃で10分間インキュベートして、RNA分解酵素Alert v1 (IDT)を各試料に加え、蛍光度を監視してヌクレアーゼ活性を決定した。37℃のインキュベーションの1時間後の蛍光値を示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Inactivation of RNase using heat and chemical treatment. Serial 1:4 dilutions of RNase A (1 μg/ml) or healthy human urine were treated with TCEP and EDTA at final concentrations of 100 mM and 1 mM, respectively. Samples were incubated at 95° C. for 10 minutes, RNase Alert v1 (IDT) was added to each sample and fluorescence was monitored to determine nuclease activity. Fluorescence values after 1 hour incubation at 37° C. are shown. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

(A)尿の前処理によりSHERLOCKで高感度なRNA検出を行うことができる。本出願人は、水で希釈したRNA(青色)および95℃で10分間100mMのTCEPと1mMのEDTAで前処理した尿で希釈したRNA(薄紅色)を1時間検出した後の蛍光度データを示す。(B)担体のRNAはSHERLOCK感度を向上させない。本出願人は、100ngの担体のRNAの存在下または非存在下で部分的に不活性化した健康なヒトの尿でZIKV RNAを希釈した(詳細は「方法」の項を参照のこと)。(A)同様、1時間の検出を用いた。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。(A) Pretreatment of urine enables highly sensitive RNA detection with SHERLOCK. Applicants provided fluorescence data after 1 hour detection of RNA diluted in water (blue) and in urine (light red) pretreated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA for 10 minutes at 95°C. show. (B) Carrier RNA does not improve SHERLOCK sensitivity. Applicants diluted ZIKV RNA in healthy human urine that was partially inactivated in the presence or absence of 100 ng of carrier RNA (see Methods section for details). As in (A), 1 hour detection was used. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. (A)尿の前処理によりSHERLOCKで高感度なRNA検出を行うことができる。本出願人は、水で希釈したRNA(青色)および95℃で10分間100mMのTCEPと1mMのEDTAで前処理した尿で希釈したRNA(薄紅色)を1時間検出した後の蛍光度データを示す。(B)担体のRNAはSHERLOCK感度を向上させない。本出願人は、100ngの担体のRNAの存在下または非存在下で部分的に不活性化した健康なヒトの尿でZIKV RNAを希釈した(詳細は「方法」の項を参照のこと)。(A)同様、1時間の検出を用いた。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。(A) Pretreatment of urine enables highly sensitive RNA detection with SHERLOCK. Applicants provided fluorescence data after 1 hour detection of RNA diluted in water (blue) and in urine (light red) pretreated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA for 10 minutes at 95°C. show. (B) Carrier RNA does not improve SHERLOCK sensitivity. Applicants diluted ZIKV RNA in healthy human urine that was partially inactivated in the presence or absence of 100 ng of carrier RNA (see Methods section for details). As in (A), 1 hour detection was used. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

低温でのRNA分解酵素の不活性化。本出願人は2工程の熱による不活性化試験規約で試験を行い、健康なヒトの尿を50℃で20分間、その後95℃で5分間インキュベートした。50℃の工程の後、95℃の工程の前にRNAを尿で希釈した。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。RNase inactivation at low temperature. Applicants tested a two-step heat inactivation test protocol in which healthy human urine was incubated at 50°C for 20 minutes and then at 95°C for 5 minutes. After the 50°C step, the RNA was diluted in urine before the 95°C step. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

フラビウイルスの経時変化を示すパネル。各パネルは、各フラビウイルス標的および入力なし対照に対するウイルス特異的なcrRNAの背景補正済み蛍光度を示す。蛍光度は、5分間毎に蛍光度測定した3時間の経時変化を示している。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。A panel showing the time course of flaviviruses. Each panel shows background-corrected fluorescence of virus-specific crRNA for each flavivirus target and no input control. Fluorescence shows a change over time over a period of 3 hours with fluorescence measurements taken every 5 minutes. Error bars indicate 1SD for three technically identical samples.

フラビウイルス共感染の経時変化を示す。パネル各パネルは、2種のフラビウイルス標的を含む試料に対するすべてのcrRNAの背景補正済み蛍光度を示す。蛍光度は、5分間毎に蛍光度測定した3時間の経時変化を示している。また、各パネルは、入力なし対照に対する各crRNAで観察された背景補正済み蛍光度を含む。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Time course of flavivirus co-infection. Panels Each panel shows background-corrected fluorescence of all crRNAs for samples containing two flavivirus targets. Fluorescence shows a change over time over a period of 3 hours with fluorescence measurements taken every 5 minutes. Each panel also contains the background-corrected fluorescence observed for each crRNA relative to no input controls. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

デング熱の経時変化のパネル。各パネルは、すべてのDENV血清型および入力なし対照に対するDENV血清型に特異的なcrRNAの背景補正済み蛍光度を示す。蛍光度は、5分間毎に蛍光度測定した3時間の経時変化を示している。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Dengue fever time course panel. Each panel shows background-corrected fluorescence of DENV serotype-specific crRNAs for all DENV serotypes and no input controls. Fluorescence shows a change over time over a period of 3 hours with fluorescence measurements taken every 5 minutes. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

SNP設計予定。本出願人は、SHERLOCKによるSNP同定アッセイを設計、構築、および試験するのに必要な工程を示す。合計所要時間は1週間未満である。SNP design planned. Applicants demonstrate the steps necessary to design, construct, and test a SNP identification assay with SHERLOCK. Total turnaround time is less than 1 week.

別のcrRNA設計によるZIKV小頭症関連SNPの識別。このSNPはcrRNAの7番目の位置にあり、このcrRNAに導入された合成による不一致はない。濃色は由来crRNAを示し、淡色は祖先crRNAを示す。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Identification of ZIKV microcephaly-associated SNPs by alternative crRNA designs. This SNP is at position 7 of the crRNA and there is no synthetic mismatch introduced into this crRNA. Dark colors indicate derived crRNAs, light colors indicate ancestral crRNAs. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

SHERLOCKアッセイは、HIV逆転写酵素における6つの薬物耐性変異を同定することができる。本出願人は、SNP同定指標を示す。この指標は、由来鋳型の蛍光度の比を祖先の鋳型の蛍光度の比で除して算出される(詳細は「方法」の項を参照のこと)。祖先アレルと由来アレルを区別する能力がない場合はこの指標は1に等しく、2つのアレルを区別する能力が高ければ指標も高くなる。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。The SHERLOCK assay can identify six drug resistance mutations in HIV reverse transcriptase. Applicant presents the SNP identification index. This index is calculated by dividing the fluorescence intensity ratio of the progenitor template by the fluorescence intensity ratio of the progenitor template (see Methods section for details). This index is equal to 1 if there is no ability to discriminate between the ancestral and derived alleles, and the index is higher if the ability to discriminate between the two alleles is high. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

SHERLOCKはZIKV cDNAを高感度で検出することができることを示す図である。ZIKV cDNAの連続希釈液を20分間のRPA、1時間の検出を行った後のSHERLOCK蛍光値を示す。0.9aMの感度は、2aM=1cp/μlとして1コピー感度に相当し、2μlの試料を入力として用いた。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。FIG. 1 shows that SHERLOCK can detect ZIKV cDNA with high sensitivity. SHERLOCK fluorescence values after 20 min RPA, 1 hour detection of serial dilutions of ZIKV cDNA are shown. A sensitivity of 0.9 aM corresponds to a 1 copy sensitivity where 2 aM = 1 cp/μl and 2 μl of sample was used as input. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

患者試料および臨床単離物に由来するZIKVとDENVの検出を示す。(A)SHERLOCKの概略図。核酸を臨床試料から抽出し、RNAまたはDNAのいずれかを(RT-RPAまたRPA)入力として用いてRPAにより標的を増幅する。T7 RNAポリメラーゼ、Cas13、標的特異的crRNA、および切断されると蛍光を発するRNAレポーターを含む反応でRPA生成物を検出する。(B)2015年~2016年のZIKV大流行時に採取した37個の患者試料に由来するcDNAおよび(C)AltonaRealStarジカウイルスRT-PCRアッセイで1対1の比較をした16個の患者試料に由来するcDNAについてSHERLOCKで試験した。+:ZIKV種保存液cDNA(3×10cp/μl)、×:入力なし。(D)24個のDENV陽性患者試料および臨床単離物由来のRNAに行ったSHERLOCK。青色の破線は、ZIKVまたはDENVの有無を示す閾値である(「方法」を参照のこと)。Detection of ZIKV and DENV from patient samples and clinical isolates. (A) Schematic of SHERLOCK. Nucleic acids are extracted from clinical samples and targets are amplified by RPA using either RNA or DNA (RT-RPA or RPA) as input. RPA products are detected in reactions containing T7 RNA polymerase, Cas13, target-specific crRNA, and an RNA reporter that fluoresces when cleaved. (B) cDNA from 37 patient samples collected during the 2015-2016 ZIKV outbreak and (C) from 16 patient samples compared head-to-head in the AltonaRealStar Zika virus RT-PCR assay. The cDNA was tested with SHERLOCK. +: ZIKV species stock solution cDNA (3×10 2 cp/μl), ×: no input. (D) SHERLOCK performed on RNA from 24 DENV-positive patient samples and clinical isolates. The dashed blue line is the threshold for the presence or absence of ZIKV or DENV (see Methods).

SHERLOCKと他の核酸増幅試験の比較を示す。(A)SHERLOCKとAltonaRealStarジカウイルスRT-PCRアッセイの結果、(B)SHERLOCKとAltonaRealStarジカウイルスRT-PCRアッセイ、Hologic Aptimaジカウイルスアッセイの結果を比較したベン図を示す。A comparison of SHERLOCK with other nucleic acid amplification tests is shown. Venn diagrams comparing (A) SHERLOCK and AltonaRealStar Zika virus RT-PCR assay results, (B) SHERLOCK and AltonaRealStar Zika virus RT-PCR assays, and Hologic Aptima Zika virus assay results.

SHERLOCKおよび他の診断方法で標的したZIKVゲノムの領域の概略図である。PCR増幅産物はZIKVゲノム全体のタイルになっているが、SHERLOCK ZIKVアッセイは短い増幅産物を有するZIKVゲノムの1つの領域のみを標的する。AltonaRealStar RT-PCRアッセイおよびHologic Aptima TMAアッセイもまた、ZIKVゲノムの個々の短い増幅産物を標的する(これら増幅産物の位置および大きさは独占所有権があるので概略図では示していない)。PCRプライマーによって増幅することができない非常に断片化されたRNA(生成物の長さが約400nt)を含む臨床試料を有する可能性がある。逆に、約120ntのSHERLOCK増幅産物を含まない部分ZIKVゲノムを含む臨床試料を有する可能性がある。Schematic representation of regions of the ZIKV genome targeted by SHERLOCK and other diagnostic methods. PCR amplicons tile the entire ZIKV genome, whereas the SHERLOCK ZIKV assay targets only one region of the ZIKV genome with short amplicons. The AltonaRealStar RT-PCR assay and the Hologic Aptima TMA assay also target individual short amplicons of the ZIKV genome (location and size of these amplicons are proprietary and not shown in the schematic). It is possible to have clinical samples that contain highly fragmented RNA (product length about 400 nt) that cannot be amplified by PCR primers. Conversely, it is possible to have a clinical sample containing a partial ZIKV genome that does not contain a SHERLOCK amplification product of about 120 nt.

4つのDENV血清型に由来するRNAに対する汎デング熱SHERLOCKの検出限界を示すグラフである。(A~D)合成鋳型由来のDENV RNAの連続希釈液に20分のRPAおよび1時間の検出を行った後のSHERLOCKの蛍光度値。1μlの試料を入力として用いた。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。FIG. 10 is a graph showing pan-dengue SHERLOCK detection limits for RNA derived from four DENV serotypes. (AD) SHERLOCK fluorescence values after 20 min RPA and 1 h detection on serial dilutions of DENV RNA from synthetic templates. 1 μl of sample was used as input. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

患者試料および臨床単離物に適用した汎デング熱SHERLOCK汎デング熱SHERLOCKを示す。(A)DENV血清型によって示される24個の試料および4つの保存液から抽出したRNAの汎デング熱SHERLOCK蛍光度。(B~D)1時間Cas13検出した14個のヒト血清試料(B)、1時間Cas13検出した10個の培養臨床単離物(C)、および1時間Cas13検出した4つのDENV種保存液(D)から抽出したRNAの汎デング熱SHERLOCK蛍光度。Pan Dengue SHERLOCK Pan Dengue SHERLOCK applied to patient samples and clinical isolates. (A) Pan-dengue SHERLOCK fluorescence of RNA extracted from 24 samples and 4 stocks indicated by DENV serotype. (BD) 14 human serum samples with 1 hour Cas13 detection (B), 10 cultured clinical isolates with 1 hour Cas13 detection (C), and 4 DENV species stocks with 1 hour Cas13 detection ( D) Pan-dengue SHERLOCK fluorescence of RNA extracted from.

HUDSONおよびSHERLOCKによる体液中のZIKVとDENVの直接検出。(A)HUDSONおよびSHERLOCKを用いた直接ウイルス検出の概略図。(B~C)健康なヒト血清(桃色、B)または健康なヒト唾液(青色、C)で希釈した粒子中のZIKV RNAの検出。実験を一緒に行ったので、AおよびBと同じPBS対照を用いた。(D)健康なヒトの尿(黄色)で希釈した粒子中のZIKV RNAの検出。黒色:未希釈のウイルス保存液。灰色:PBSでの希釈液。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。(E~F)患者の血清(E)および唾液試料(F)から直接由来するDENV RNAの検出。(G)(E~F)に示す試料に由来するDENVの側流(lateral flow)検出。すべての試料は、加熱前にTCEP/EDTAで処理した。Direct detection of ZIKV and DENV in body fluids by HUDSON and SHERLOCK. (A) Schematic of direct virus detection using HUDSON and SHERLOCK. (BC) Detection of ZIKV RNA in particles diluted in healthy human serum (pink, B) or healthy human saliva (blue, C). The same PBS controls as in A and B were used since the experiments were done together. (D) Detection of ZIKV RNA in particles diluted in healthy human urine (yellow). Black: undiluted virus stock. Gray: dilutions in PBS. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples. (EF) Detection of DENV RNA directly from patient serum (E) and saliva samples (F). (G) Lateral flow detection of DENV from samples shown in (EF). All samples were treated with TCEP/EDTA before heating.

血液生成物に直接由来するZIKV cDNAのSHERLOCKを用いた検出を示すグラフである。ZIKV cDNAは、健康なヒトの全血(赤色)、健康なヒトの血漿(紫色)、健康なヒト血清(桃色)、または水(灰色)で希釈した。希釈の直後に、体液を50℃で5分間、次いで64℃で5分間、100mMのTCEPと1mMのEDTAで処理した。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Graph showing detection of ZIKV cDNA directly from blood products using SHERLOCK. ZIKV cDNA was diluted in healthy human whole blood (red), healthy human plasma (purple), healthy human serum (pink), or water (grey). Immediately after dilution, body fluids were treated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA at 50° C. for 5 minutes and then at 64° C. for 5 minutes. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

唾液から直接由来するZIKV cDNAのSHERLOCKを用いた検出を示すグラフである。ZIKV cDNAは 健康なヒト唾液(青色)または水(灰色)で希釈した。希釈の直後に、体液を50℃で5分間、次いで64℃で5分間、100mMのTCEPと1mMのEDTAで処理した。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Graph showing detection of ZIKV cDNA directly from saliva using SHERLOCK. ZIKV cDNA was diluted in healthy human saliva (blue) or water (grey). Immediately after dilution, body fluids were treated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA at 50° C. for 5 minutes and then at 64° C. for 5 minutes. Error bars indicate 1SD for three technically identical samples.

RNA分解酵素による全血、血漿、および尿の急速な不活性化を示すグラフである。健康なヒトの全血、血漿、および尿を表示の通り希釈して50℃で5分間100mMのTCEPと1mMのEDTAで不活性化した。37℃で1時間インキュベーションした後、RNA分解酵素Alert v2 (Thermo)を用いて2U/μlのMurine RNA分解酵素阻害剤(NEB)の存在下でRNA分解酵素の活性を測定した。各条件に対して2つの技術的に同じ試料(橙色および黒色の棒)が示されている。Graph showing rapid inactivation of whole blood, plasma, and urine by RNAse. Healthy human whole blood, plasma, and urine were diluted as indicated and inactivated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA at 50° C. for 5 minutes. After incubation for 1 hour at 37° C., RNase activity was measured in the presence of 2 U/μl Murine RNase inhibitor (NEB) using RNase Alert v2 (Thermo). Two technically identical samples (orange and black bars) are shown for each condition.

全血で希釈したジカウイルスの検出を示すグラフである。1時間の検出後、健康なヒトの全血(赤色)で希釈した粒子中のZIKV RNAを検出した。試料を100mMのTCEPと1mMのEDTAと共に50℃で5分間、次いで64℃で5分間加熱した。実験を一緒に行ったので、図104Aおよび図104Bと同じPBS対照を用いた。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Fig. 10 is a graph showing the detection of Zika virus diluted in whole blood. After 1 hour of detection, ZIKV RNA was detected in particles diluted in healthy human whole blood (red). Samples were heated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA at 50° C. for 5 minutes, then 64° C. for 5 minutes. The same PBS control as in Figures 104A and 104B was used since the experiments were done together. Error bars indicate 1 SD for three technically identical samples.

体温の熱による体液の不活性化を示すグラフである。健康なヒトの全血、血清、唾液、および尿を表示の通り希釈して、37℃で20分間100mMのTCEPと1mMのEDTAで不活性化した。37℃で1時間インキュベーションした後、RNA分解酵素Alert v2 (Thermo)を用いて2U/μlのMurine RNA分解酵素阻害剤(NEB)の存在下でRNA分解酵素の活性を測定した。各条件に対して2つの技術的に同じ試料(橙色および黒色の棒)が示されている。Fig. 3 is a graph showing the thermal inactivation of body fluids at body temperature; Healthy human whole blood, serum, saliva, and urine were diluted as indicated and inactivated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA for 20 minutes at 37°C. After incubation for 1 hour at 37° C., RNase activity was measured in the presence of 2 U/μl Murine RNase inhibitor (NEB) using RNase Alert v2 (Thermo). Two technically identical samples (orange and black bars) are shown for each condition.

全血、血清、および唾液で希釈したデング熱ウイルスの検出を示すグラフである。検出の1時間後、健康なヒトの全血(赤色、A)、血清(桃色、B)、または健康なヒトの唾液(青色、C)で希釈した粒子中のDENV RNAを検出した。試料を37℃で20分間、64℃で5分間加熱して、100mMのTCEPと1mMのEDTAで不活性化した。実験を一緒に行ったため、すべてのパネルで同じPBS対照を用いた。1ml当たりのフォーカス形成単位(FFU/ml)でDENV滴定濃度が示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。FIG. 10 is a graph showing detection of dengue virus diluted in whole blood, serum, and saliva. One hour after detection, DENV RNA was detected in particles diluted in healthy human whole blood (red, A), serum (pink, B), or healthy human saliva (blue, C). Samples were heated at 37° C. for 20 min, 64° C. for 5 min and inactivated with 100 mM TCEP and 1 mM EDTA. The same PBS control was used in all panels because the experiments were done together. DENV titers are given in focus forming units per ml (FFU/ml). Error bars indicate 1SD for three technically identical samples.

デング熱の臨床試料RNA血清型の棒グラフを示す。(A~D)1つのDENV1試料(A)、2つのDENV2試料およびDENV2とDENV3が存在する2つの試料(B)、4つのDENV3試料(C)、および3つのDENV4試料(D)に由来する抽出RNAで試験した血清型を区別するSHERLOCKによるDENVパネル。Cas13検出の3時間後の蛍光値が示されている。エラーバーは、3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。2 shows a bar graph of dengue clinical sample RNA serotypes. (AD) From one DENV1 sample (A), two DENV2 samples and two samples with DENV2 and DENV3 present (B), four DENV3 samples (C), and three DENV4 samples (D). DENV panel by SHERLOCK distinguishing serotypes tested on extracted RNA. Fluorescence values 3 hours after Casl3 detection are shown. Error bars indicate 1SD for three technically identical samples.

順応および機能的ZIKV変異の同定を示す。(A)SNP同定のためのSHERLOCKアッセイ。濃色:由来crRNA、淡色:祖先crRNA。(B~C)2015年~2016年のZIKV大流行に由来する3つの地域に特異的なSNPであり、SNPのゲノム位置と簡略化した系統樹を含む。これらのSNPは合成標的(104cp/μl)およびウイルス種保存液cDNA(3×10cp/μl)を用いて試験した。(D~E)ドミニカ共和国(DOM)、米国(USA)、およびホンジュラス(HND)に由来するZIKV cDNA試料中の地域に特異的なSNPの同定。各試料中のそれぞれのSNPについて蛍光度の比(由来crRNAの蛍光度を祖先crRNAの蛍光度で除したもの)を棒グラフに示す(ヒートマップにはlogに変換したデータ)。(F)新規なSNPについてSHERLOCKアッセイを開発するための予定(さらなる詳細は図113を参照のこと)。(G~H)蛍光度と比色検出による小頭症関連ZIKV変異(PrM S139N)の同定。すべてのパネルで、エラーバーは3つの技術的に同じ試料について1SDを示す。Identification of adaptive and functional ZIKV mutations. (A) SHERLOCK assay for SNP identification. Dark: derived crRNA, light: ancestral crRNA. (B-C) Three region-specific SNPs from the 2015-2016 ZIKV outbreak, including the genomic location of the SNPs and a simplified phylogenetic tree. These SNPs were tested using synthetic targets (104 cp/μl) and viral seed stock cDNA (3×10 2 cp/μl). (DE) Identification of region-specific SNPs in ZIKV cDNA samples from the Dominican Republic (DOM), United States (USA), and Honduras (HND). Fluorescence ratios (derived crRNA fluorescence divided by ancestral crRNA fluorescence) for each SNP in each sample are shown in bar graphs (log 2 transformed data in heatmap). (F) Schedule for developing SHERLOCK assays for novel SNPs (see Figure 113 for further details). (GH) Identification of the microcephaly-associated ZIKV mutation (PrM S139N) by fluorescence and colorimetric detection. In all panels, error bars indicate 1SD for 3 technically identical samples.

SNPの設計予定を示す。本出願人は、SHERLOCKによるSNP同定アッセイを設計、構築、および試験するのに必要な工程を示す。合計所要時間は1週間未満である。SNP design schedule is shown. Applicants demonstrate the steps necessary to design, construct, and test a SNP identification assay with SHERLOCK. Total turnaround time is less than 1 week.

尿で希釈したジカウイルスの側流検出を視覚的な読み出しにより示す。尿で希釈したジカウイルスの側流検出を示す(図104C)。上部バンドは試験バンドであり、底部バンドは対照バンドである。弱いバンドは、1時間の検出後、PBSと尿の両方で希釈した1マイクロリットル当たり10個のコピーで視覚化される。[発明の詳細な説明] 一般的な定義Sidestream detection of Zika virus diluted in urine is shown by visual readout. Sidestream detection of Zika virus diluted in urine is shown (Fig. 104C). The top band is the test band and the bottom band is the control band. A weak band is visualized at 10 copies per microliter diluted in both PBS and urine after 1 hour of detection. [Detailed description of the invention] General definitions

特に断りがなければ、本明細書で用いられる技術用語および科学用語は、本開示が関連する一般の当業者によって共通して理解されるのと同じ意味である。分子生物学の一般的な用語および技術用語の定義は以下に見つけられることがある:Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition(分子クローニング:実験マニュアル第2版) (1989) (Sambrook, Fritsch, and Maniatis); Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 4th edition(分子クローニング:実験マニュアル第4版) (2012) (Green and brook); Current Protocols in Molecular Biology(分子生物学の現在のプロトコル) (1987) (F.M. Ausubel et al. eds.); the series Methods in Enzymology (Academic Press, Inc.): PCR 2: A Practical Approach (PCR2:実践方法)(1995) (M.J. MacPherson, B.D. Hames, and G.R. Taylor eds.): Antibodies, A Laboraotry Manual(抗体、実験マニュアル) (1988) (Harlow and Lane, eds.): Antibodies A Laboraotry Manual, 2nd edition(抗体、実験マニュアル第2版) 2013 (E.A. Greenfield ed.); Animal Cell Culture(動物細胞の培養) (1987) (R.I. Freshney, ed.); Benjamin Lewin, Genes IX, published by Jones and Bartlet, 2008 (ISBN 0763752223); Kendrew et al. (eds.), The Encyclopedia of Molecular Biology(分子生物学辞典), published by Blackwell Science Ltd., 1994 (ISBN 0632021829); Robert A. Meyers (ed.), Molecular Biology and Biotechnology: a Comprehensive Desk Reference(分子生物学とバイオテクノロジー:総合的な卓上参考書), published by VCH Publishers, Inc., 1995 (ISBN 9780471185710); Singleton et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology 2nd ed.(微生物学・分子生物学辞典第2版), J. Wiley & Sons (New York, N.Y. 1994), March, Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms and Structure 4th ed.(上級有機化学反応、機構、および構造第4版), John Wiley & Sons (New York, N.Y. 1992); and Marten H. Hofker and Jan van Deursen, Transgenic Mouse Methods and Protocols, 2nd edition(遺伝子組換えマウス、方法とプロトコル第2版) (2011) 。 Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure pertains. Definitions of general and technical terms of molecular biology may be found in: Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (1989) (Sambrook, Fritsch, and Maniatis); Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 4th edition (2012) (Green and brook); Current Protocols in Molecular Biology (1987) (F.M. Ausubel et al. eds.); the series Methods in Enzymology (Academic Press, Inc.): PCR 2: A Practical Approach (1995) (M.J. MacPherson, B.D. Hames, and G.R. Taylor eds.): Antibodies, A Laboraotry Manual (1988) (Harlow and Lane, eds.): Antibodies A Laboraotry Manual, 2nd edition 2013 (E.A. Greenfield ed.); Animal Cell Culture (Animal cell culture) (1987) (R.I. Freshney, ed.); Benjamin Lewin, Genes IX, published by Jones and Bartlet, 2008 (ISBN 0763752223); Kendrew et al. (eds.), The Encyclopedia of Molecular Biology ( Molecular Biology Dictionary, published by Blackwell Science Ltd., 1994 (ISBN 0632021829); Robert A. Meyers (ed.), Molecular Biology and Biotechnology: a Comprehensive Desk Reference. ), published by VCH Publishers, Inc., 1995 (ISBN 9780471185710); Singleton et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology 2nd ed., J. Wiley & Sons ( New York, N.Y. 1994), March, Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms and Structure 4th ed., John Wiley & Sons (New York, N.Y. 1992); and Marten H. Hofker and Jan van Deursen, Transgenic Mouse Methods and Protocols, 2nd edition (2011).

本明細書で用いられるように、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈から明らかにそうでないことが示されていなければ、対象の単数と複数の両方を含む。 As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include both singular and plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

用語「任意の」または「任意に」は、続いて記載された事象が起きても起こらなくてもよく、またその記載がその事象や状況が起こる場合と起こらない場合を含むことを意味する。 The terms "optional" or "optionally" mean that the subsequently described event may or may not occur, and that the description includes whether or not the event or circumstance occurs.

端点による数値範囲の記述は、それぞれの範囲内に含まれるすべての数と画分、ならびに列挙された端点を含む。 The recitation of numerical ranges by endpoints includes all numbers and fractions subsumed within the respective range as well as the recited endpoints.

本明細書で用いられる「約」または「ほぼ」は、パラメータ、量、継続時間など、測定可能な値を述べる場合、その変形が開示される発明を実行するのに適切である限り、指定した値とその変形、例えば指定した値とその±10%以下、±5%以下、±1%以下、および±0.1%以下の値を包含することを意味する。自明であるが、修飾語「約」または「ほぼ」が付いている値は、具体的に開示されることが好ましい。 "About" or "approximately," as used herein, when describing a measurable value such as a parameter, amount, duration, etc., so long as the variation is appropriate to practice the disclosed invention. It is meant to include values and variations thereof, such as a stated value and values up to ±10%, up to ±5%, up to ±1%, and up to ±0.1% thereof. Obviously, values marked with the modifier "about" or "approximately" are preferably specifically disclosed.

本明細書を通じて「1つの態様」、「一実施形態」、「一例示的な実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または特徴は本発明の少なくとも一態様に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して様々な箇所で用いられる表現「1つの態様で」、「一実施形態で」、または「一例示的な実施形態」は、一見すると必ずしもすべて同じ実施形態を指しているわけではないが、そういう場合もある。さらに、当業者には本開示から自明であるが、1つ以上の実施形態において特定の特徴、構造、または特性を任意の好適な方法で組み合わせてもよい。さらに、本明細書で記載する実施形態によっては、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、他の特徴は含まず、異なる実施形態の特徴の組合せは本発明の範囲内にあることを意味する。例えば、添付の請求項において、主張した実施形態の何れかを任意の組合せで用いてもよい。 References to "an aspect," "an embodiment," or "an exemplary embodiment" throughout this specification mean that the particular feature, structure, or characteristics described in connection with that embodiment are the present invention. It means that it is included in at least one aspect of. Thus, the phrases "in one aspect," "in one embodiment," or "an exemplary embodiment" used in various places throughout this specification do not necessarily all refer to the same embodiment at first glance. No, but sometimes it is. Moreover, it will be apparent to those skilled in the art from this disclosure that the particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. Moreover, some embodiments described herein include some features that are included in other embodiments but not others, and combinations of features from different embodiments are within the scope of the invention. means that For example, in the appended claims any of the claimed embodiments may be used in any combination.

本明細書で引用されたすべての出版物、出版された特許文献、および特許出願は、同程度に参照により本明細書に組み込まれるが、個々の出版物、出版された特許文献、または特許出願は参照により組み込まれるものとして具体的かつ個別に示された。

概説
All publications, published patent documents and patent applications cited in this specification are hereby incorporated by reference to the same extent, although each individual publication, published patent document or patent application was specifically and separately indicated as being incorporated by reference.

Overview

細菌のクラスター化短鎖反復回文配列(CRISPR)およびCRISPR関連(CRISPR-Cas)順応免疫系は、Cas9およびCpf1などのプログラム可能なエンドヌクレアーゼを含む(Shmakov et al., 2017; Zetsche et al., 2015)。Cas9およびCpf1はいずれもDNAを標的するが、近年、単体エフェクターであるRNA誘導RNA分解酵素(C2c2を含む)が発見され(Shmakov et al., 2015)、特性が明らかにされており(Abudayyeh et al., 2016; Smargon et al., 2017)、これによって特定のRNAを感知する仕組みが提供されている。RNA誘導RNA分解酵素は、CRISPR RNA(crRNA)を用いて容易かつ簡便に再プログラムすることができ、標的RNAを切断することができる。DNA標的のみを切断するDNAエンドヌクレアーゼCas9およびCpf1とは異なり、C2c2などのRNA誘導RNA分解酵素は、そのRNA標的を切断した後も活性が残存し、付近の標的でないRNAの「副次(collateral)」切断が生じる(Abudayyeh et al., 2016)。このcrRNAにプログラムされた副次RNA切断活性は、読み出しとして機能し得る生体内でのプログラム細胞死または生体外での非特異的RNAを誘導することにより、RNA誘導RNA分解酵素を用いて特定のRNAの存在を検出する機会を提供する(Abudayyeh et al., 2016; East-Seletsky et al., 2016)。 The bacterial clustered short palindrome (CRISPR) and CRISPR-associated (CRISPR-Cas) adaptive immune system contains programmable endonucleases such as Cas9 and Cpf1 (Shmakov et al., 2017; Zetsche et al. 2015). Both Cas9 and Cpf1 target DNA, but recently single effector RNA-guided RNases (including C2c2) have been discovered (Shmakov et al., 2015) and characterized (Abudayyeh et al., 2015). al., 2016; Smargon et al., 2017), which provides a mechanism for sensing specific RNAs. RNA-guided RNases can be easily and conveniently reprogrammed with CRISPR RNA (crRNA) to cleave target RNAs. Unlike the DNA endonucleases Cas9 and Cpf1, which cleave only their DNA targets, RNA-guided RNases such as C2c2 remain active after cleaving their RNA targets, and are 'collateral' to nearby non-target RNAs. )” cleavage occurs (Abudayyeh et al., 2016). This crRNA-programmed secondary RNA-cleavage activity can act as a readout for specific RNA-cleavage activities using RNA-directed RNases by inducing programmed cell death in vivo or non-specific RNAs in vitro. It provides an opportunity to detect the presence of RNA (Abudayyeh et al., 2016; East-Seletsky et al., 2016).

本明細書で開示される実施形態では、RNA標的エフェクターを利用して、CRISPRに基づくaM感度での強固な診断が提供される。本明細書で開示される実施形態は、同等の感度でDNAとRNAの両方を検出することができ、一塩基対の違いに基づいて標的と非標的を区別することができる。また、本明細書で開示される実施形態は、配布の利便性と診療現場(POC)用途から冷凍乾燥形態で作製されてもよい。このような実施形態は、人間の健康において複数の状況(例えば、ウイルスの検出、細菌株の分類、高感度遺伝子型決定、および疾患に関連付けられる無細胞DNAの検出)で有用である。 Embodiments disclosed herein utilize RNA targeted effectors to provide robust diagnostics with CRISPR-based aM sensitivity. Embodiments disclosed herein can detect both DNA and RNA with equal sensitivity and can distinguish between targets and non-targets based on a single base pair difference. Embodiments disclosed herein may also be made in freeze-dried form for convenience of distribution and point-of-care (POC) applications. Such embodiments are useful in multiple contexts in human health, such as detection of viruses, classification of bacterial strains, sensitive genotyping, and detection of cell-free DNA associated with disease.

世界中の感染性微生物を診断するため、高速、高感度、低コストで、ユーザーが使いやすく、新たに同定される因子の検出に素早く順応できるアッセイが求められている。本明細書で開示される実施形態は、Cas13によるSHERLOCK装置は臨床試料および蚊の供給源中のジカウイルス(ZIKV)を1コピー感度で検出することができ、2時間未満で尿から直接ZIKVを検出することができることを示す。本出願人はさらに、4種のフラビウイルスを同時に検出するアッセイ、デング熱ウイルスの血清型1~4を区別するアッセイ、および地域に特異的な多様体を用いて2016年の大流行に由来するZIKVの株を区別するアッセイを開発した。最後に、本出願人は、その発表の1週間以内に胎児小頭症に関連付けられたZIKV多様体を同定するアッセイを開発し、試験した。その結果、SHERLOCKは体液から直接由来するウイルスを検出し、複数の病原体ウイルスを区別することができ、臨床的に重要な表現型に関わる変異を同定できるように素早く更新することができることが判明した。 Rapid, sensitive, low-cost, user-friendly, and rapidly adaptable assays for the detection of newly identified agents are needed to diagnose infectious organisms worldwide. Embodiments disclosed herein demonstrate that the Cas 13 based SHERLOCK device is capable of detecting Zika virus (ZIKV) in clinical samples and mosquito sources with single copy sensitivity and can detect ZIKV directly from urine in less than 2 hours. Indicates that it can be detected. Applicants have further developed an assay that simultaneously detects four flaviviruses, an assay that distinguishes between dengue virus serotypes 1-4, and a region-specific variant of the ZIKV derived from the 2016 pandemic. developed an assay to distinguish between strains of Finally, Applicants developed and tested an assay that identified ZIKV variants associated with fetal microcephaly within one week of its publication. The results show that SHERLOCK can detect viruses originating directly from bodily fluids, distinguish between multiple pathogenic viruses, and can be rapidly updated to identify mutations associated with clinically relevant phenotypes. .

一側面では、本明細書で開示される実施形態は、CRISPR系、対応する標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNA、マスキング構築物、および試料中の標的核酸分子を増幅する任意の増幅試薬を含む核酸検出システムに関する。特定の例示的な実施形態では、前記システムは1種以上の検出アプタマーをさらに含んでいてもよい。前記1種以上の検出アプタマーは、RNAポリメラーゼ部位またはプライマー結合部位を含んでいてもよい。前記1種以上の検出アプタマーは、1種以上の標的ポリペプチドに特異的に結合し、前記検出アプタマーが標的ペプチドに結合した場合にのみ前記RNAポリメラーゼ部位またはプライマー結合部位が露出するように構成されている。前記RNAポリメラーゼ部位の露出により、アプタマー配列を鋳型として用いてトリガーRNAオリゴヌクレオチドを生成することが容易になる。従って、そのような実施形態では、前記1種以上のガイドRNAは、1つのトリガーRNAに結合するように構成されている。 In one aspect, embodiments disclosed herein amplify a CRISPR system, one or more guide RNAs designed to bind to corresponding target molecules, a masking construct, and a target nucleic acid molecule in a sample. It relates to a nucleic acid detection system containing any amplification reagents. In certain exemplary embodiments, the system may further comprise one or more detection aptamers. The one or more detection aptamers may contain an RNA polymerase site or a primer binding site. The one or more detection aptamers are configured to specifically bind to one or more target polypeptides such that the RNA polymerase site or primer binding site is exposed only when the detection aptamer binds to the target peptide. ing. The exposure of the RNA polymerase site facilitates the generation of trigger RNA oligonucleotides using the aptamer sequence as a template. Accordingly, in such embodiments, said one or more guide RNAs are configured to bind to one trigger RNA.

他の側面では、本明細書で開示される実施形態は複数の個別の容積を含む診断装置に関する。各個別の容積は、CRISPRエフェクタータンパク質、対応する標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNA、およびマスキング構築物を含む。特定の例示的な実施形態では、RNA増幅試薬を前記個別の容積に予め充填してもよく、あるいは前記1つ以上の個別の容積はそれぞれに試料を加えるのと同時かその後に個別の容積に加えてもよい。前記装置は、マイクロ流体装置、装着可能な装置、または前記個別の容積が規定された柔軟性のある材料の基質を含む装置であってもよい。 In another aspect, embodiments disclosed herein relate to a diagnostic device that includes multiple discrete volumes. Each separate volume contains a CRISPR effector protein, one or more guide RNAs designed to bind to the corresponding target molecule, and a masking construct. In certain exemplary embodiments, said discrete volumes may be pre-filled with RNA amplification reagents, or said one or more discrete volumes may be filled into discrete volumes at the same time as or after addition of sample to each. You can add The device may be a microfluidic device, a wearable device, or a device comprising a matrix of flexible material in which the discrete volumes are defined.

他の側面では、本明細書で開示される実施形態は、1つの試料または1組の試料を1組の個別の容積に分配することを含む、試料中の標的核酸を検出する方法に関する。前記1つ以上の個別の容積はそれぞれ、CRISPRエフェクタータンパク質、1つの標的オリゴヌクレオチドに結合するように設計された1種以上のガイドRNA、およびマスキング構築物を含む。その後、前記1種以上のガイドRNAが1種以上の標的分子に結合することができるのに十分な条件で前記1組の試料を維持する。次いで、前記1種以上のガイドRNAが標的核酸に結合すると、CRISPRエフェクタータンパク質が活性化される。一旦活性化されると、前記CRISPRエフェクタータンパク質は、例えば、マスキング構築物を切断することによりマスキング構築物を不活性化して、検出可能な陽性信号からマスクが取れる、あるいは検出可能な陽性信号が放出または生成されるようにする。1個の個別の容積で検出可能な陽性信号が検出されるということは、前記標的分子が存在することを示す。 In other aspects, embodiments disclosed herein relate to a method of detecting a target nucleic acid in a sample comprising dispensing a sample or set of samples into a set of discrete volumes. Each of the one or more individual volumes contains a CRISPR effector protein, one or more guide RNAs designed to bind to one target oligonucleotide, and a masking construct. The set of samples is then maintained under conditions sufficient to allow the one or more guide RNAs to bind to the one or more target molecules. Binding of the one or more guide RNAs to the target nucleic acid then activates the CRISPR effector protein. Once activated, the CRISPR effector protein inactivates the masking construct, e.g., by cleaving the masking construct to mask a detectable positive signal, or to release or generate a detectable positive signal. be done. Detection of a detectable positive signal in one discrete volume indicates the presence of said target molecule.

さらに他の側面では、本明細書で開示される実施形態はポリペプチドを検出する方法に関する。前記ポリペプチドを検出する方法は、上記の標的核酸を検出する方法に類似している。しかしながら、ペプチド検出アプタマーも含まれている。前記ペプチド検出アプタマーは、上述のように機能して、標的ポリペプチドに結合した際にトリガーオリゴヌクレオチドの生成を容易にする。前記ガイドRNAは、トリガーオリゴヌクレオチドを認識するように設計されて、これによってCRISPRエフェクタータンパク質を活性化する。活性化されたCRISPRエフェクタータンパク質によってマスキング構築物が不活性化されると、検出可能な陽性信号からマスクが取れる、あるいは検出可能な陽性信号が放出または生成される。

CRISPRエフェクタータンパク質
In yet another aspect, embodiments disclosed herein relate to methods of detecting a polypeptide. Methods for detecting the polypeptide are similar to the methods for detecting target nucleic acids described above. However, peptide detection aptamers are also included. The peptide detection aptamers function as described above to facilitate generation of trigger oligonucleotides upon binding to a target polypeptide. The guide RNA is designed to recognize a trigger oligonucleotide, thereby activating the CRISPR effector protein. Upon inactivation of the masking construct by an activated CRISPR effector protein, a detectable positive signal is masked or a detectable positive signal is released or produced.

CRISPR effector protein

一般に、本明細書およびWO2014/093622 (PCT/US2013/074667)などの文献に用いられる用語「CRISPR-CasまたはCRISPR系」は、CRISPR関連(「Cas」)遺伝子の発現に関与またはその活性に向けられる転写物およびその他の要素をまとめて言う。そのようなものとしては、Cas遺伝子をコードする配列、トランス活性化(tracrCRISPR)配列(例えば、tracrRNAまたは活性部分tracrRNA)、tracrメイト配列(内因性CRISPR系の文脈では「直列反復配列」およびtracrRNA処理した部分直列反復配列を包含する)、ガイド配列(内因性CRISPR系の文脈では「スペーサー」)、または本明細書で用いられる用語としての「RNA」(例えば、CasをガイドするRNA(Cas9、例えばCRISPR RNAおよびトランス活性化(tracr)RNAまたは一本鎖ガイドRNA(sgRNA)(キメラRNA)など)、あるいはCRISPR座位に由来する他の配列および転写物が挙げられる。一般に、CRISPR系は、標的配列(内因性CRISPR系の文脈ではプロトスペーサーとも言う)の部位でCRISPR複合体の形成を促進する要素により特徴付けられる。CRISPRタンパク質がC2c2タンパク質である場合、tracrRNAは必要ない。C2c2は以下に記載されており、引用によりその全内容を本明細書に組み込む:Abudayyeh et al. (2016) “C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector(C2c2は1成分のプログラム可能のRNA誘導RNA標的CRISPRエフェクターである)”; Science; DOI: 10.1126/science.aaf5573; and Shmakov et al. (2015) “Discovery and Functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems(多様なクラス2のCRISPR-Cas系の発見と機能的特徴付け)”, Molecular Cell, DOI: dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2015.10.008。Cas13bについては、Smargon et al. (2017) “Cas13b Is a Type VI-B CRISPR-Associated RNA-Guided RNases Differentially Regulated by Accessory Proteins Csx27 and Csx28(Cas13bはアクセサリータンパク質Csx27 and Csx28によって異なるように調節されるVI-B型CRISPR関連RNA誘導RNアーゼである),” Molecular Cell. 65, 1-13; dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2016.12.023に記載されており、その全内容を参照により本明細書に組み込む。 Generally, the term “CRISPR-Cas or CRISPR system” as used herein and in literature such as WO2014/093622 (PCT/US2013/074667) refers to the expression of CRISPR-associated (“Cas”) genes involved in or directed to their activity. Collectively the transcripts and other elements that are Such include sequences encoding the Cas gene, transactivating (tracrCRISPR) sequences (e.g., tracrRNA or active portion tracrRNA), tracr mate sequences ("tandem repeats" in the context of the endogenous CRISPR system and tracrRNA processing ), a guide sequence (“spacer” in the context of the endogenous CRISPR system), or “RNA” as the term is used herein (e.g. RNA that guides Cas (Cas9, e.g. CRISPR RNA and trans-activating (tracr) RNA or single-stranded guide RNA (sgRNA) (chimeric RNA), or other sequences and transcripts derived from the CRISPR loci. (also referred to as a protospacer in the context of the endogenous CRISPR system) that promotes the formation of the CRISPR complex at the site of the tracrRNA is not required if the CRISPR protein is the C2c2 protein, C2c2 is described below. and is incorporated herein by reference in its entirety: Abudayyeh et al. (2016) "C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector." Science; DOI: 10.1126/science.aaf5573; and Shmakov et al. (2015) “Discovery and Functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems”; Discovery and Functional Characterization”, Molecular Cell, DOI: dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2015.10.008. -Associated RNA-Guided RNases Differentially Regulated by Accessory Proteins Csx27 and Csx28 -13; dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2016.12.023, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

特定の態様では、プロトスペーサー隣接モチーフ(protospacer adjacent motif = PAM)あるいはPAM様モチーフは、本明細書で開示されるエフェクタータンパク質複合体の対象の標的座位への結合に関する。態様によっては、PAMは5’-PAMであってもよい(すなわち、プロトスペーサーの5’末端の上流に位置していてもよい)。他の実施形態では、PAMは、3’-PAMであってもよい(すなわち、プロトスペーサーの5’末端の下流に位置してもよい)。用語「PAM」は用語「PFS(protospacer flanking site又はprotospacer flanking sequence)=プロトスペーサー結合配列」と互いに言い換え可能な場合がある。 In a particular aspect, the protospacer adjacent motif (PAM) or PAM-like motif relates to the binding of the effector protein complexes disclosed herein to the target locus of interest. In some variations, the PAM may be a 5'-PAM (ie, may be located upstream of the 5' end of the protospacer). In other embodiments, the PAM may be a 3'-PAM (ie, located downstream of the 5' end of the protospacer). The term "PAM" is sometimes interchangeable with the term "PFS (protospacer flanking site or protospacer flanking sequence) = protospacer binding sequence".

好ましい一態様では、CRISPRエフェクタータンパク質は3’-PAMを認識してもよい。特定の態様では、CRISPRエフェクタータンパク質は、5’H(ここでHはA、C、またはU)である3’-PAMを認識してもよい。特定の態様では、エフェクタータンパク質は、レプトトリキア・シャーイイC2c2pであってもよく、より好ましくはレプトトリキア・シャーイイDSM 19757 C2c2であり、3’-PAMは5’Hである。 In one preferred aspect, the CRISPR effector protein may recognize 3'-PAM. In certain aspects, the CRISPR effector protein may recognize a 3'-PAM that is 5'H (where H is A, C, or U). In a particular embodiment, the effector protein may be Leptotrichia shaii C2c2p, more preferably Leptotrichia shaii DSM 19757 C2c2, and the 3'-PAM is 5'H.

CRISPR複合体の形成の文脈で、「標的配列」は、ガイド配列と相補的であるように設計された配列を言う。ここで、標的配列とガイド配列のハイブリダイゼーションによりCRISPR複合体の形成が促進される。標的配列は、RNAポリヌクレオチドを含んでいてもよい。用語「標的RNA」は、標的配列であるか、それを含むRNAポリヌクレオチドを言う。換言すれば、標的RNAは、gRNAの部分、すなわちガイド配列が相補性を有するように設計された、CRISPRエフェクタータンパク質を含む複合体とgRNAにより媒介されたエフェクター機能が向けられるRNAポリヌクレオチドまたはRNAポリヌクレオチドの部分であってもよい。態様によっては、標的配列は細胞の核または細胞質に位置している。 In the context of CRISPR complex formation, "target sequence" refers to a sequence designed to be complementary to a guide sequence. Here, hybridization of the target and guide sequences facilitates formation of the CRISPR complex. A target sequence may comprise an RNA polynucleotide. The term "target RNA" refers to an RNA polynucleotide that is or contains a target sequence. In other words, the target RNA is a portion of the gRNA, i.e., the RNA polynucleotide or RNA polynucleotide to which the gRNA-mediated effector function is directed, a complex containing the CRISPR effector protein designed to have complementarity with the guide sequence. It may be part of a nucleotide. In some embodiments, the target sequence is located in the nucleus or cytoplasm of the cell.

CRISPRエフェクタータンパク質、特にC2c2をコードする核酸分子は、最適化されたCRISPRエフェクタータンパク質であることが好ましい。この場合、コドン最適化配列の一例は、例えば、ヒトなどの真核生物で発現するのに最適化(すなわち、ヒトでの発現に最適化)された配列、あるいは本明細書で記載する他の真核生物、動物、または哺乳類で発現するのに最適化された配列である。例えば、WO2014/093622 (PCT/US2013/074667)のSaCas9ヒトコドン最適化配列を参照のこと。これは好ましいが、自明であるように、他の例が可能であり、ヒト以外の宿主種に対するコドン最適化あるいは特定の臓器に対するコドン最適化が知られている。態様によっては、CRISPRエフェクタータンパク質をコードする酵素コード配列は、特に、真核細胞などの細胞で発現するのに最適化されたコドンである。真核細胞は、植物あるいは哺乳類など、特定の生物に由来していてもよく、これらに限定されないが、ヒト、本明細書で記載されるヒトではない真核生物、動物、または哺乳類(例えば、マウス、ラット、ウサギ、イヌ、家畜)、あるいはヒトではない哺乳類すなわち霊長類が含まれる。態様によっては、ヒトの生殖細胞系の遺伝的同一性を修正する、かつ/またはヒトまたは動物、およびそのような方法から得られる動物に何らかの実質的な医療的恩恵がないのに彼らを苦しめていると思われる動物の遺伝的同一性を修正する方法は除外されてもよい。一般に、コドン最適化は、天然の配列の少なくとも1個のコドン(例えば、約1個、2個、3個、4個、5個、10個、15個、20個、25個、50個、またはそれ以上のコドン)を天然のアミノ酸配列を維持しつつ宿主細胞の遺伝子により頻繁または最も頻繁に用いられるコドンで置換することで対象の宿主細胞での発現を高めるために核酸配列を修飾する方法を言う。様々な種は、特定のアミノ酸の特定のコドンに対して特定のバイアスを示す。コドンバイアス(生物間でのコドンの使用の差)は、メッセンジャーRNA(mRNA)の翻訳効率と相関することが多い。この翻訳効率は、とりわけ、翻訳されるコドンの特性および特定の転移RNA(tRNA)分子の利用しやすさに依存すると考えられている。一般に、細胞内での選択されたtRNAの有意性は、ペプチド合成で最も頻繁に用いられるコドンの反映である。従って、遺伝子を、コドン最適化に基づいて所与の生物での最適な遺伝子の発現に調節してもよい。コドン使用表は容易に入手可能であり、例えば「コドン使用データベース」(kazusa.orjp/codon/)で入手可能である。これらの表は様々なやり方で適応されていてもよい。Nakamura, Y., et al. “Codon usage tabulated from the international DNA sequence databases: status for the year 2000” Nucl. Acids Res. 28:292 (2000)を参照のこと。特定の宿主細胞で発現させる特定の配列のコドン最適化のためのコンピューターアルゴリズム(例えば、Gene Forge (Aptagen、ペンシルベニア州ヤコバス)など)もまた入手可能である。態様によっては、Casをコードする配列で1個以上のコドン(例えば、1個、2個、3個、4個、5個、10個、15個、20個、25個、50個、またはそれ以上のコドン、あるいはすべてのコドン)は、特定のアミノ酸に対して最も頻繁に用いられるコドンと対応している。 A nucleic acid molecule encoding a CRISPR effector protein, in particular C2c2, is preferably an optimized CRISPR effector protein. In this case, an example of a codon-optimized sequence is, for example, a sequence optimized for expression in eukaryotes such as humans (i.e., optimized for human expression), or other sequences described herein. Sequences optimized for eukaryotic, animal, or mammalian expression. See, eg, SaCas9 human codon-optimized sequences in WO2014/093622 (PCT/US2013/074667). While this is preferred, as is self-evident, other examples are possible, codon-optimized for host species other than humans or codon-optimized for specific organs are known. In some embodiments, the enzyme coding sequence that encodes the CRISPR effector protein is codon optimized, particularly for expression in cells such as eukaryotic cells. Eukaryotic cells may be derived from a particular organism, such as a plant or a mammal, including but not limited to humans, non-human eukaryotes as described herein, animals, or mammals (e.g., mice, rats, rabbits, dogs, livestock), or non-human mammals or primates. In some embodiments, modifying human germline genetic identity and/or afflicting humans or animals, and animals obtained from such methods, without any substantial medical benefit. Methods that modify the genetic identity of an animal suspected to be may be excluded. Generally, codon optimization is performed by using at least one codon of the native sequence (e.g., about 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 50, or more codons) with those codons used frequently or most frequently by the genes of the host cell while maintaining the native amino acid sequence, thereby modifying a nucleic acid sequence for enhanced expression in a host cell of interest. say. Different species exhibit particular biases for particular codons of particular amino acids. Codon bias (differences in codon usage between organisms) is often correlated with the efficiency of messenger RNA (mRNA) translation. This translation efficiency is thought to depend, among other things, on the properties of the codons being translated and the availability of the particular transfer RNA (tRNA) molecule. In general, the significance of a chosen tRNA within a cell is a reflection of the codons most frequently used in peptide synthesis. Thus, genes may be adjusted for optimal gene expression in a given organism based on codon optimization. Codon usage tables are readily available, for example, at "Codon Usage Database" (kazusa.orjp/codon/). These tables may be adapted in various ways. See Nakamura, Y., et al. "Codon usage tabulated from the international DNA sequence databases: status for the year 2000" Nucl. Acids Res. 28:292 (2000). Computer algorithms for codon optimization of a particular sequence for expression in a particular host cell are also available, such as Gene Forge (Aptagen, Jacobus, Pa.). In some embodiments, one or more codons (e.g., 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 50, or more) are used in the Cas-encoding sequence. These codons, or all codons) correspond to the most frequently used codons for a particular amino acid.

特定の態様では、本明細書で記載する方法は、Cas遺伝子導入細胞、特にC2c2遺伝子導入細胞を準備することを含んでいてもよい。ここで、1種以上のガイドRNAをコードする1種以上の核酸が、準備されるか、対象の1つ以上の遺伝子のプロモーターを含む調節要素により操作によって細胞に結合するように導入される。本明細書で用いられる用語「Cas遺伝子導入細胞」は、Cas遺伝子がゲノム的に組み込まれた真核細胞などの細胞を言う。細胞の性質、種類、または由来は本発明によって特に限定されない。また、Cas遺伝子導入が細胞に導入される方法は様々であってもよく、当該分野で既知の任意の方法であってもよい。特定の態様では、Cas遺伝子導入細胞は、単離細胞にCas導入遺伝子を導入することで得られる。特定の他の実施形態では、Cas遺伝子導入細胞は、Cas遺伝子導入生物から細胞を単離することで得られる。一例として、限定されるものではないが、本明細書で言うCas遺伝子導入細胞は、Casノックイン真核生物などのCas遺伝子導入真核生物に由来していてもよい。WO2014/093622 (PCT/US13/74667)を参照のこと。その内容は参照により本明細書に組み込まれる。Sangamo BioSciences社に付与された、Rosa座位を標的するように向けられた米国特許公開第20120017290号および20110265198号の方法を修正して本発明のCRISPR-Casシステムを用いてもよい。本発明のCRISPR-Casシステムを利用するために、Rosa座位の標的に関するCellectisに付与された米国特許公開第20130236946号の方法を修正してもよい。さらなる例としては、Platt et. al. (Cell; 159(2):440-455 (2014))を参照のこと。この文献ではCas9ノックインマウスについて記述しており、その内容を参照により本明細書に組み込む。Cas導入遺伝子はLox-Stop-polyA-Lox(LSL)カセットをさらに含んでいてもよく、これによりCasの発現がCreリコンビナーゼにより誘導可能になる。あるいは、Cas遺伝子導入細胞は、単離した細胞にCas導入遺伝子を導入して得てもよい。導入遺伝子の送達系は当該分野ではよく知られている。一例として、本明細書の他の箇所でも記載するように、例えば、ベクター(例えば、AAV、アデノウイルス、レンチウイルス)および/または粒子および/またはナノ粒子送達により真核細胞にCas導入遺伝子を送達してもよい。 In certain aspects, the methods described herein may comprise providing Cas-transgenic cells, particularly C2c2-transgenic cells. Here, one or more nucleic acids encoding one or more guide RNAs are provided or introduced to operatively bind to the cell by means of regulatory elements, including promoters of one or more genes of interest. As used herein, the term "Cas-transfected cell" refers to a cell, such as a eukaryotic cell, into which a Cas gene has been genomically integrated. The nature, type, or origin of the cells is not particularly limited by the present invention. Also, the method by which the Cas gene transfer is introduced into the cell may vary and may be any method known in the art. In certain aspects, Cas-transfected cells are obtained by introducing a Cas transgene into an isolated cell. In certain other embodiments, Cas-transgenic cells are obtained by isolating cells from a Cas-transgenic organism. By way of example, and not limitation, a Cas-transgenic cell as referred to herein may be derived from a Cas-transgenic eukaryote, such as a Cas knock-in eukaryote. See WO2014/093622 (PCT/US13/74667). The contents of which are incorporated herein by reference. The methods of US Patent Publication Nos. 20120017290 and 20110265198 directed to targeting the Rosa locus to Sangamo BioSciences may be modified to use the CRISPR-Cas system of the present invention. To take advantage of the CRISPR-Cas system of the present invention, the method of US Patent Publication No. 20130236946 to Cellectis for targeting the Rosa locus may be modified. For further examples, see Platt et. al. (Cell; 159(2):440-455 (2014)). This article describes Cas9 knock-in mice, the contents of which are incorporated herein by reference. The Cas transgene may further contain a Lox-Stop-polyA-Lox (LSL) cassette, which makes Cas expression inducible by Cre recombinase. Alternatively, Cas-transfected cells may be obtained by introducing a Cas transgene into isolated cells. Transgene delivery systems are well known in the art. By way of example, delivery of Cas transgenes into eukaryotic cells, e.g., by vector (e.g., AAV, adenovirus, lentivirus) and/or particle and/or nanoparticle delivery, as described elsewhere herein You may

当業者には自明であるが、Cas遺伝子導入細胞など、本明細書で言及される細胞は、組み込みCas遺伝子を有することに加えてさらなるゲノム変化、またはCasを標的座位に誘導することができるRNAと結合した際のCasの配列に特異的な作用から生じる変異をさらに含んでいてもよい。 As will be apparent to those skilled in the art, the cells referred to herein, such as Cas-transfected cells, in addition to having an integrated Cas gene, have additional genomic alterations or RNA It may further contain mutations resulting from sequence-specific effects of Cas upon binding to.

特定の側面では、本発明は、例えば、Casおよび/またはCasを標的座位に誘導することができるRNA(すなわち、ガイドRNA)を細胞に送達または導入するがこれら成分を(例えば原核細胞で)増殖するベクターを含む。本明細書で用いられる用語「ベクター」は、ある実体をある環境から別の環境に移動させるのを可能または容易にする道具である。ベクターは、プラスミド、ファージ、またはコスミドなどのレプリコン(DNA複製の単位)であり、他のDNA分節を挿入して、挿入した分節を複製してもよい。一般に、ベクターは、適切な制御要素と関連付けられると複製することができる。一般に、用語「ベクター」は、結合させた他の核酸を輸送することができる核酸分子を指す。ベクターとしては、これらに限定されないが、一本鎖、二本鎖、または部分的二本鎖である核酸分子、1つ以上の遊離末端を含む核酸分子、遊離末端がない(例えば環状の)核酸分子、DNA、RNA、あるいはその両方を含む核酸分子、および当該分野で知られているその他のポリヌクレオチドの変形が挙げられる。ベクターの1種に「プラスミド」がある。プラスミドは、環状の二本鎖DNAループを指し、標準的な分子クローニング技術により追加のDNA分節を挿入することができる。他の種類のベクターとしては、ウイルスベクターがある。この種類では、ウイルス(例えば、レトロウイルス、複製欠損レトロウイルス、アデノウイルス、複製欠損アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルス(adeno-associated viruses, AAVs))に包含するためにウイルス由来のDNAまたはRNA配列が存在する。ウイルスベクターはまた、宿主細胞に形質移入するためのウイルスにより担持されたポリヌクレオチドを含む。特定のベクター(例えば、細菌性の複製起点を持つ細菌ベクターおよびエピソーム性哺乳類ベクター)は、導入された宿主細胞で自律複製することができる。他のベクター(例えば、非エピソーム性哺乳類ベクター)は、宿主細胞に導入されると宿主細胞のゲノムに組み込まれ、これにより宿主ゲノムと共に複製される。また、特定のベクターは、操作によって結合させた遺伝子の発現を誘導することができる。そのようなベクターを本明細書では「発現ベクター」と言う。組換えDNA技術で一般に用いられる発現ベクターはプラスミドの形態を取ることが多い。 In certain aspects, the present invention provides, for example, delivery or introduction of Cas and/or RNA capable of directing Cas to a target locus (i.e., guide RNA) into cells while propagating these components (e.g., in prokaryotic cells). contains a vector that As used herein, the term "vector" is a tool that enables or facilitates the transfer of an entity from one environment to another. A vector is a replicon (unit of DNA replication), such as a plasmid, phage, or cosmid, into which other segments of DNA may be inserted and the inserted segments replicate. In general, vectors are capable of replication when associated with appropriate regulatory elements. In general, the term "vector" refers to a nucleic acid molecule capable of transporting other nucleic acids to which it has been linked. Vectors include, but are not limited to, nucleic acid molecules that are single-stranded, double-stranded, or partially double-stranded; nucleic acid molecules that contain one or more free ends; nucleic acids that lack free ends (e.g., circular) Nucleic acid molecules, including molecules, DNA, RNA, or both, and other polynucleotide variants known in the art. One type of vector is a "plasmid". Plasmid refers to a circular double-stranded DNA loop into which additional DNA segments can be inserted by standard molecular cloning techniques. Another type of vector is a viral vector. In this class, virus-derived DNA or RNA sequences are used for inclusion in viruses (e.g., retroviruses, replication-defective retroviruses, adenoviruses, replication-defective adenoviruses, and adeno-associated viruses (AAVs)). exist. Viral vectors also include a virally-carried polynucleotide for transfection into a host cell. Certain vectors (eg, bacterial vectors having a bacterial origin of replication and episomal mammalian vectors) are capable of autonomous replication in a host cell into which they are introduced. Other vectors (eg, non-episomal mammalian vectors) integrate into the host cell's genome upon introduction into the host cell, thereby replicating along with the host genome. In addition, certain vectors are capable of directing the expression of genes to which they are operatively linked. Such vectors are referred to herein as "expression vectors". Expression vectors commonly used in recombinant DNA techniques are often in the form of plasmids.

組換え発現ベクターは、核酸の発現に好適な形態で本発明の核酸を含んでいてもよい。これは、組換え発現ベクターが1種以上の調節要素を含むということを意味する。発現に用いられる宿主細胞に基づいて上記調節要素を選択してもよい。上記調節要素は、発現する核酸配列に操作によって結合されている。組換え発現ベクター内で、「操作によって結合」は、(例えば、生体外翻訳系、またはベクターが宿主細胞に導入されている場合は宿主細胞で)対象のヌクレオチド配列が発現するようにヌクレオチド配列が調節要素に結合されていることを意味する。組換えおよびクローニング方法に関しては、米国特許出願第10/815,730号(米国2004-0171156A1として2004年9月2日に発行)に記載されており、それぞれの内容はすべて本明細書に参照により組み込まれる。従って、本明細書で開示される実施形態はまた、CRISPRエフェクター系を含む遺伝子導入細胞を含んでいてもよい。特定の例示的な実施形態では、遺伝子導入細胞は個別の容積として機能してもよい。換言すれば、マスキング構築物を含む試料を細胞、例えば、好適な送達小胞に送達してもよい。標的が送達小胞に存在していれば、CRISPRエフェクターが活性化されて検出可能な信号が生成される。 A recombinant expression vector may contain the nucleic acid of the invention in a form suitable for expression of the nucleic acid. This means that the recombinant expression vector contains one or more regulatory elements. The regulatory elements may be selected based on the host cell used for expression. The regulatory elements are operably linked to the nucleic acid sequences to be expressed. Within a recombinant expression vector, "operably linked" means that a nucleotide sequence is expressed (e.g., in an in vitro translation system, or in a host cell if the vector is introduced into a host cell) such that the nucleotide sequence of interest is expressed. It means attached to a regulatory element. Recombination and cloning methods are described in US patent application Ser. incorporated. Accordingly, embodiments disclosed herein may also include transgenic cells comprising a CRISPR effector system. In certain exemplary embodiments, transgenic cells may function as separate volumes. In other words, samples containing masking constructs may be delivered to cells, eg, suitable delivery vesicles. If the target is present in the delivery vesicle, the CRISPR effector is activated and a detectable signal is produced.

ベクターは、例えば、プロモーターなどの調節要素を含んでいてもよい。ベクターは、Casコード配列を含んでいてもよく、かつ/または単一もしくは可能性としては少なくとも3個、8個、16個、32個、48個、または50個のガイドRNA(例えば、sgRNA)コード配列、例えば1~2個、1~3個、1~4個、1~5個、3~6個、3~7個、3~8個、3~9個、3~10個、3~8個、3~16個、3~30個、3~32個、3~48個、3~50個のRNA(例えば、sgRNA)を含んでいてもよい。単一のベクターには、利点として、RNAが約16個までの場合は各RNA(例えば、sgRNA)に1個のプロモーターが存在する。単一のベクターが17個以上のRNAを提供する場合は、1個以上のプロモーターがそれらRNAの2つ以上の発現を駆動してもよい。例えば、32個のRNAがある場合、各プロモーターは2個のRNAの発現を駆動してもよく、48個のRNAがある場合、各プロモーターは3個のRNAの発現を駆動してもよい。当業者であれば、単純な算術的な十分に確立されたクローニングプロトコル及び本開示の教示により、好適な例示的なベクター(例えば、AAV)および好適なプロモーター(U6プロモーター)用のRNAとして本発明を容易に実施することができる。例えば、AAVの包含限界は約4.7kbである。単一のU6-gRNA(+クローニング用制限部位)の長さは361bpである。従って、当業者であれば、単一のベクターに約12~16個、例えば、13個のU6-gRNAカセットを容易にはめ込むことができる。これは、TALEアセンブリに用いられるゴールデンゲート方法(genome-engineering.org/taleffectors/)などの任意の好適な手段によりアセンブルすることができる。また、当業者はタンデムガイド方法を用いて、約1.5倍U6-gRNAの数を増加させる、例えば、12~16個、例えば、13個~約18~24個、例えば、約19個のU6-gRNAに増加させることができる。従って、当業者は、単一ベクター(例えば、AAVベクター)で約18~24個、例えば、約19個のプロモーターRNA(例えば、U6-gRNA)を容易に達成することができる。1個のベクターでのプロモーターおよびRNAの数を増やすさらなる手段は、単一のプロモーター(例えば、U6)を用いて切断可能な配列によって分離されたRNAアレイを発現させることである。1個のベクターでプロモーターRNAの数を増やすさらなる手段は、コード配列または遺伝子のイントロンで切断可能な配列に分離されたプロモーターRNAアレイを発現させることである。この場合、ポリメラーゼIIプロモーターの使用が有益である。ポリメラーゼIIプロモーターは、発現を増加させ、組織特異的なやり方で長鎖RNAを転写することができる(例えば、nar.oxfordjournals.org/content/34/7/e53.shortおよびnature.com/mt/journal/v16/n9/abs/mt2008144a.htmlを参照のこと)。好ましい一実施形態では、AAVは50個までの遺伝子を標的するU6タンデムgRNAを包含していてもよい。従って、当該分野での知識および本開示の教示から、当業者であれば、特に、本明細書で記載された数のRNAまたはガイドに対して必要以上の実験をせずに、1個以上のプロモーターの制御下にある、またはそれに操作または機能により結合した複数のRNAまたはガイドを発現しているベクター(例えば、単一のベクター)を容易に作製して使用することができる。 The vector may, for example, contain regulatory elements such as promoters. The vector may contain a Cas coding sequence and/or a single or possibly at least 3, 8, 16, 32, 48, or 50 guide RNAs (e.g., sgRNAs) coding sequences, such as 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 3-6, 3-7, 3-8, 3-9, 3-10, 3 It may contain ˜8, 3-16, 3-30, 3-32, 3-48, 3-50 RNAs (eg, sgRNAs). A single vector advantageously has one promoter for each RNA (eg, sgRNA) for up to about 16 RNAs. Where a single vector provides 17 or more RNAs, one or more promoters may drive expression of two or more of those RNAs. For example, if there are 32 RNAs, each promoter may drive expression of 2 RNAs, and if there are 48 RNAs, each promoter may drive expression of 3 RNAs. One of ordinary skill in the art can use simple arithmetic, well-established cloning protocols and the teachings of the present disclosure to construct the present invention as RNA for a suitable exemplary vector (e.g., AAV) and a suitable promoter (U6 promoter). can be easily implemented. For example, the inclusion limit for AAV is approximately 4.7 kb. The length of a single U6-gRNA (+restriction site for cloning) is 361 bp. Thus, one skilled in the art can easily fit about 12-16, eg, 13, U6-gRNA cassettes into a single vector. This can be assembled by any suitable means, such as the Golden Gate method used for TALE assembly (genome-engineering.org/taleffectors/). Alternatively, one skilled in the art can use the tandem guide method to increase the number of U6-gRNAs by about 1.5 fold, such as 12-16, such as 13 to about 18-24, such as about 19. U6-gRNA can be increased. Accordingly, one skilled in the art can easily achieve about 18-24, eg, about 19 promoter RNAs (eg, U6-gRNA) in a single vector (eg, AAV vector). A further means of increasing the number of promoters and RNAs in one vector is to use a single promoter (eg, U6) to express RNA arrays separated by cleavable sequences. A further means of increasing the number of promoter RNAs in a single vector is to express promoter RNA arrays separated into cleavable sequences at the coding sequences or introns of genes. In this case the use of the polymerase II promoter is beneficial. Polymerase II promoters can increase expression and transcribe long RNAs in a tissue-specific manner (e.g. nar.oxfordjournals.org/content/34/7/e53.short and nature.com/mt/ journal/v16/n9/abs/mt2008144a.html). In one preferred embodiment, AAV may include U6 tandem gRNAs targeting up to 50 genes. Therefore, given the knowledge in the art and the teachings of the present disclosure, one of ordinary skill in the art would, without undue experimentation, particularly with the number of RNAs or guides described herein, to A vector (eg, a single vector) expressing multiple RNAs or guides under the control of a promoter or operably or functionally linked thereto can be readily constructed and used.

ガイドRNAコード配列および/またはCasコード配列は、機能または操作により調節要素に結合されていてもよく、これによって、調節要素は発現を駆動する。プロモーターは、構成的プロモーターおよび/または条件的プロモーターおよび/または誘導性プロモーターおよび/または組織特異的プロモーターであってもよい。プロモーターは、RNAポリメラーゼ、pol I、pol II、pol III、T7、U6、H1、レトロウイルスラウス肉腫ウイルス(RSV)LTRプロモーター、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、SV40プロモーター、ジヒドロ葉酸塩還元酵素プロモーター、β-アクチンプロモーター、ホスホグリセリンキナーゼ(PGK)プロモーター、およびEF1αプロモーターからなる群より選択されてもよい。有用なプロモーターはプロモーターU6である。 The guide RNA coding sequence and/or Cas coding sequence may be functionally or operationally linked to a regulatory element whereby the regulatory element drives expression. The promoter may be a constitutive promoter and/or a conditional promoter and/or an inducible promoter and/or a tissue specific promoter. Promoters include RNA polymerase, pol I, pol II, pol III, T7, U6, H1, retrovirus Rous sarcoma virus (RSV) LTR promoter, cytomegalovirus (CMV) promoter, SV40 promoter, dihydrofolate reductase promoter, It may be selected from the group consisting of β-actin promoter, phosphoglycerin kinase (PGK) promoter, and EF1α promoter. A useful promoter is promoter U6.

態様によっては、核酸標的系の1つ以上の要素は内因性CRISPR RNA標的系を含む特定の生物に由来している。特定の例示的な実施形態では、エフェクタータンパク質CRISPR RNA標的系は少なくとも1個のHEPNドメインを含む。そのようなものとしては、これに限定されないが、本明細書で記載するHEPNドメイン、当該分野で既知のHEPNドメイン、および共通配列モチーフと比較してHEPNドメインであると認識されるドメインが挙げられる。いくつかのそのようなドメインは本明細書で提供される。非限定的な一例では、共通配列は、本明細書で提供されるC2c2またはCas13b相同分子種の配列に由来していてもよい。特定の例示的な実施形態では、エフェクタータンパク質は、単一のHEPNドメインを含む。特定の他の例示的な実施形態では、エフェクタータンパク質は2個のHEPNドメインを含む。 In some embodiments, one or more elements of the nucleic acid targeting system are derived from a particular organism, including an endogenous CRISPR RNA targeting system. In certain exemplary embodiments, the effector protein CRISPR RNA targeting system comprises at least one HEPN domain. Such include, but are not limited to, HEPN domains described herein, HEPN domains known in the art, and domains recognized as HEPN domains compared to consensus sequence motifs. . Several such domains are provided herein. In one non-limiting example, the consensus sequence may be derived from the sequences of the C2c2 or Casl3b orthologues provided herein. In certain exemplary embodiments, the effector protein comprises a single HEPN domain. In certain other exemplary embodiments, the effector protein comprises two HEPN domains.

一例示的な実施形態では、エフェクタータンパク質は、RxxxxHモチーフ配列を含む1個以上のHEPNドメインを含む。限定されないが、RxxxxHモチーフ配列は本明細書で記載するHEPNドメインまたは当該分野で既知のHEPNドメインに由来してもよい。RxxxxHモチーフ配列は、2個以上のHEPNドメインの一部を組み合わせて作製したモチーフ配列をさらに含む。なお、共通配列は、以下に開示された相同分子種の配列に由来していてもよい:“Novel CRISPR Enzymes and Systems(新規なCRISPR酵素および系)”の名称の米国仮特許出願第62/432,240号、2017年3月15日に“Novel Type VI CRISPR Orthologs and Systems(新規なVI型CRISPR相同分子種および系)”の名称で提出された米国仮特許出願第62/471,710号、および2017年4月12日に“Novel Type VI CRISPR Orthologs and Systems(新規なVI型CRISPR相同分子種および系)”の名称で提出された米国仮特許出願(代理人案件番号47627-05-2133)。 In one exemplary embodiment, the effector protein comprises one or more HEPN domains comprising RxxxxH motif sequences. Without limitation, the RxxxxH motif sequence may be derived from HEPN domains described herein or HEPN domains known in the art. RxxxxH motif sequences further include motif sequences made by combining portions of two or more HEPN domains. It should be noted that the consensus sequences may be derived from the sequences of the orthologs disclosed in: US Provisional Patent Application No. 62/432, entitled "Novel CRISPR Enzymes and Systems." , No. 240, U.S. Provisional Patent Application No. 62/471,710, filed March 15, 2017, entitled "Novel Type VI CRISPR Orthologs and Systems"; and U.S. Provisional Patent Application entitled "Novel Type VI CRISPR Orthologs and Systems" filed on April 12, 2017 (Attorney Docket No. 47627-05-2133). .

本発明の一実施形態では、HEPNドメインは、R{N/H/K}X1X2X3Hの配列を含む少なくとも1個のRxxxxHモチーフを含む。本発明の一実施形態では、HEPNドメインは、R{N/H}X1X2X3Hの配列を含むRxxxxHモチーフを含む。本発明の一実施形態では、HEPNドメインは、R{N/K}X1X2X3Hの配列を含む。特定の態様では、X1はR、S、D、E、Q、N、G、Y、またはHである。特定の態様では、X2はI、S、T、V、またはLである。特定の態様では、X3はL,F、N、Y、V、I、S、D、E、またはAである。 In one embodiment of the invention, the HEPN domain comprises at least one RxxxxH motif comprising the sequence R{N/H/K}X1X2X3H. In one embodiment of the invention, the HEPN domain comprises a RxxxxH motif comprising the sequence R{N/H}X1X2X3H. In one embodiment of the invention, the HEPN domain comprises the sequence R{N/K}X1X2X3H. In certain aspects, X1 is R, S, D, E, Q, N, G, Y, or H. In certain aspects, X2 is I, S, T, V, or L. In certain aspects, X3 is L, F, N, Y, V, I, S, D, E, or A.

本発明によって用いられる追加のエフェクターは、これに限定されないが、例えば、cas1遺伝子の始端から20kbでかつcas1遺伝子の終端から20kbの領域内など、そのcas1遺伝子との近接性により同定されてもよい。特定の態様では、エフェクタータンパク質は、少なくとも1個のHEPNドメインと少なくとも500個のアミノ酸を含み、C2c2エフェクタータンパク質は原核生物のゲノムのCas遺伝子またはCRISPR配列の上流または下流20kb以内に天然に存在する。Casタンパク質の非限定的な例としては、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1およびCsx12としても知られている)、Cas10、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、これらの相同体または修飾バージョンが挙げられる。特定の例示的な実施形態では、C2c2エフェクタータンパク質は、原核生物のゲノムのCas1遺伝子の上流または下流20kb以内に天然に存在する。用語「相同分子種」(本明細書では「オルソログ」とも言う)および「相同体」(本明細書では「ホモログ」とも言う)は当該分野ではよく知られている。さらなる手引きとしては、本明細書で用いられるタンパク質の「相同体」は、相同体であるタンパク質と同じまたは類似の機能を果たす同種のタンパク質である。相同タンパク質は、構造的に関係していてもしていなくてもよいが、構造的に部分的にのみ関係している。タンパク質の「相同分子種」は、相同分子種であるタンパク質と同じまたは類似の機能を果たす異なる種のタンパク質である。相同分子種タンパク質は、構造的に関係していてもしていなくてもよく、あるいは構造的に部分的にのみ関係している。 Additional effectors for use according to the invention may be identified by their proximity to the cas1 gene, such as, but not limited to, within a region 20 kb from the beginning of the cas1 gene and 20 kb from the end of the cas1 gene. . In certain aspects, the effector protein comprises at least one HEPN domain and at least 500 amino acids, and the C2c2 effector protein is naturally occurring within 20 kb upstream or downstream of the Cas gene or CRISPR sequence of the prokaryotic genome. Non-limiting examples of Cas proteins include Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas10, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3 Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, homologues or modified versions thereof. In certain exemplary embodiments, the C2c2 effector protein is naturally present within 20 kb upstream or downstream of the Cas1 gene of the prokaryotic genome. The terms "orthologue" (also referred to herein as "ortholog") and "homologue" (also referred to herein as "homologue") are well known in the art. By way of further guidance, a "homologue" of a protein, as used herein, is a homologous protein that performs the same or similar function as the protein to which it is a homologue. Homologous proteins may or may not be structurally related, but only partially structurally related. A "orthologue" of a protein is a protein of a different species that performs the same or similar function as the protein to which it is an orthologue. Homologous species proteins may be structurally related, unrelated, or only partially related structurally.

特定の実施形態では、VI型RNA標的Cas酵素はC2c2である。他の例示的な実施形態では、VI型RNA標的Cas酵素はCas13bである。特定の実施形態では、本明細書で言うC2c2VI型タンパク質の相同体または相同分子種は、C2c2(例えば、レプトトリキア・シャーイイC2c2、ラクノスピラ科細菌MA2020 C2c2、ラクノスピラ科細菌NK4A179 C2c2、クロストリジウム・アミノフィルム(DSM 10710)C2c2、カーノバクテリウム・ガリナルム(DSM 4847)C2c2、パルディバクター・プロピオニシゲネス(WB4)C2c2、リステリア・ウェイヘンステファネンシス(FSL R9-0317)C2c2、リステリア科細菌(FSL M6-0635)C2c2、リステリア・ニューヨーケンシス(FSL M6-0635)C2c2、レプトトリキア・ウェイディイ(F0279)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(SB 1003)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(R121)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(DE442)C2c2、レプトトリキア・ウェイディイ(Lw2)C2c2、またはリステリア・シーリゲリC2c2の何れかの野生型配列に基づく)のVI型タンパク質と少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、より好ましくは少なくとも85%、さらにより好ましくは少なくとも90%、例えば、少なくとも95%の配列相同性または同一性を持つ。さらなる実施形態では、本明細書で言うC2c2などのVI型タンパク質の相同体または相同分子種は、野生型C2c2(例えば、レプトトリキア・シャーイイC2c2、ラクノスピラ科細菌MA2020 C2c2、ラクノスピラ科細菌NK4A179 C2c2、クロストリジウム・アミノフィルム(DSM 10710)C2c2、カーノバクテリウム・ガリナルム(DSM 4847)C2c2、パルディバクター・プロピオニシゲネス(WB4)C2c2、リステリア・ウェイヘンステファネンシス(FSL R9-0317)C2c2、リステリア科細菌(FSL M6-0635)C2c2、リステリア・ニューヨーケンシス(FSL M6-0635)C2c2、レプトトリキア・ウェイディイ(F0279)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(SB 1003)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(R121)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(DE442)C2c2、レプトトリキア・ウェイディイ(Lw2)C2c2、またはリステリア・シーリゲリC2c2の何れかの野生型配列に基づく)と少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、より好ましくは少なくとも85%、さらにより好ましくは少なくとも90%、例えば、少なくとも95%の配列同一性を持つ。 In certain embodiments, the Type VI RNA-targeted Cas enzyme is C2c2. In another exemplary embodiment, the Type VI RNA-targeted Cas enzyme is Casl3b. In certain embodiments, the homologue or orthologue of the C2c2 type VI protein referred to herein is C2c2 (e.g., Leptotorichia shaiii C2c2, Lachnospiraceae bacterium MA2020 C2c2, Lachnospiraceae bacterium NK4A179 C2c2, Clostridium aminophyllum (DSM 10710) C2c2, Carnobacterium gallinarum (DSM 4847) C2c2, Pardibacter propionisigenes (WB4) C2c2, Listeria weihenstephanensis (FSL R9-0317) C2c2, Listeriaceae (FSL M6-0635 ) C2c2, Listeria newyokensis (FSL M6-0635) C2c2, Leptotrichia weedii (F0279) C2c2, Rhodobacter capsulata (SB 1003) C2c2, Rhodobacter capsulata (R121) C2c2, Rhodobacter capsulata (DE442) C2c2, Leptotrichia at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80% of the type VI protein of Weidi (Lw2) C2c2, or any of Listeria ciligeri C2c2 based on the wild-type sequence , more preferably at least 85%, even more preferably at least 90%, such as at least 95% sequence homology or identity. In further embodiments, the homologue or orthologue of a type VI protein such as C2c2 referred to herein is a wild-type C2c2 (e.g., Leptotorichia shaiii C2c2, Lachnospiraceae MA2020 C2c2, Lachnospiraceae NK4A179 C2c2, Clostridium Aminophyllum (DSM 10710) C2c2, Carnobacterium gallinarum (DSM 4847) C2c2, Pardibacter propionisigenes (WB4) C2c2, Listeria weihenstephanensis (FSL R9-0317) C2c2, Listeriaceae bacteria ( FSL M6-0635) C2c2, Listeria newyokensis (FSL M6-0635) C2c2, Leptotorichia weedii (F0279) C2c2, Rhodobacter capsulata (SB 1003) C2c2, Rhodobacter capsulata (R121) C2c2, Rhodobacter capsulata (DE442) ) C2c2, Leptotorichia weedii (Lw2) C2c2, or Listeria seeligeri C2c2) and at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80% , more preferably at least 85%, even more preferably at least 90%, such as at least 95% sequence identity.

特定の他の例示的な実施形態では、CRISPR系エフェクタータンパク質は、C2c2ヌクレアーゼである。C2c2の活性は2個のHEPNドメインの存在に依存する場合がある。これらは、RNA分解酵素ドメイン、すなわちヌクレアーゼ(特に、エンドヌクレアーゼ)切断RNAであることが示されている。C2c2のHEPNはまた、DNA、可能性としてはDNAおよび/またはRNAを標的してもよい。C2c2のHEPNドメインが少なくともRNAに結合して、その野生型形態でRNAを切断することができることに基づくと、C2c2エフェクタータンパク質はRNA分解酵素機能を持っていることが好ましい。C2c2 CRISPR系については、2016年6月17日に提出された米国仮特許出願第62/351,662号、および2016年8月17日に提出された米国仮特許出願第62/376,377号を参照のこと。また、2016年6月17日に提出された米国仮特許出願第62/351,803号を参照のこと。また、“Novel Crispr Enzymes and Systems(新規なCrispr酵素および系)”の名称で2016年12月8日に提出された米国仮特許出願(Broad Institute番号10035.PA4および代理人案件番号47627.03.2133)も参照のこと。さらに、East-Seletsky et al. “Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processing and RNA detection(CRISPR-C2c2の2つの個別のRNアーゼ活性はガイドRNA処理とRNA検出を可能にする)” Nature doi:10/1038/nature19802 and Abudayyeh et al. “C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA targeting CRISPR effector(C2c2は1成分のプログラム可能のRNA誘導RNA標的CRISPRエフェクターである)” bioRxiv doi:10.1101/054742を参照のこと。 In certain other exemplary embodiments, the CRISPR system effector protein is a C2c2 nuclease. The activity of C2c2 may depend on the presence of two HEPN domains. These have been shown to be RNase domains, ie nuclease (especially endonuclease) cleaved RNAs. HEPN of C2c2 may also target DNA, possibly DNA and/or RNA. Based on the ability of the HEPN domain of C2c2 to bind at least RNA and cleave it in its wild-type form, the C2c2 effector protein preferably has RNase function. For the C2c2 CRISPR system, US Provisional Patent Application No. 62/351,662 filed June 17, 2016 and US Provisional Patent Application No. 62/376,377 filed August 17, 2016 checking ... See also U.S. Provisional Patent Application No. 62/351,803, filed Jun. 17, 2016. See also U.S. Provisional Patent Application entitled "Novel Crispr Enzymes and Systems" filed Dec. 8, 2016 (Broad Institute No. 10035.PA4 and Attorney Docket No. 47627.03. 2133). Furthermore, East-Seletsky et al. “Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processing and RNA detection” Nature doi:10/1038/nature19802 and Abudayyeh et al. "C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA targeting CRISPR effector." bioRxiv doi: See 10.1101/054742.

CRISPR系のRNA分解酵素機能が知られており、例えば、特定のIII型CRISPR-Cas系でmRNA標的が報告されており(Hale et al., 2014, Genes Dev, vol. 28, 2432-2443; Hale et al., 2009, Cell, vol. 139, 945-956; Peng et al., 2015, Nucleic acids research, vol. 43, 406-417)、大きな有用性をもたらしている。スタフィロコッカス・エピデルミスIII-A型系では、標的に跨がる転写により標的DNAおよびその転写物が切断される。この切断はCas10-Csmリボ核タンパク質エフェクタータンパク質複合体内の独立した活性部位によって媒介される(Samai et al., 2015, Cell, vol. 151, 1164-1174を参照のこと)。従って、本発明のエフェクタータンパク質によるRNAを標的する CRISPR-Cas系、組成物、または方法が提供される。 The RNase function of the CRISPR system is known, for example mRNA targets have been reported in certain type III CRISPR-Cas systems (Hale et al., 2014, Genes Dev, vol. 28, 2432-2443; Hale et al., 2009, Cell, vol. 139, 945-956; Peng et al., 2015, Nucleic acids research, vol. 43, 406-417), yielding great utility. In the Staphylococcus epidermis type III-A system, target-spanning transcription cleaves the target DNA and its transcripts. This cleavage is mediated by an independent active site within the Cas10-Csm ribonucleoprotein effector protein complex (see Samai et al., 2015, Cell, vol. 151, 1164-1174). Accordingly, CRISPR-Cas systems, compositions, or methods for targeting RNA by effector proteins of the invention are provided.

一実施形態では、Casタンパク質は、これらに限定されないが、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、およびカンピロバクターを含む属の生物のC2c2相同分子種であってもよい。そのような属の生物種は、本明細書で記載したものであってもよい。 In one embodiment, the Cas protein includes, but is not limited to, Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroides, Flaviibora, Flavobacterium, Spherocheta , Azospirillum, Gluconacetobacter, Neisseria, Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratifructor, Mycoplasma, and Campylobacter. Species of such genera may be those described herein.

CRISPR-Cas系酵素の相同分子種を同定するいくつかの方法は、対象のゲノムのtracr配列を同定することを含んでいてもよい。tracr配列の同定は、データベースで直列反復配列またはtracrメイト配列を検索して、CRISPR酵素を含むCRISPR領域を同定する以下の工程に関していてもよい。CRISPR酵素に隣接するCRISPR領域の相同配列をセンス鎖方向およびアンチセンス鎖方向の両方で検索する。転写ターミネーターと二次構造を調べる。直列反復配列またはtracrメイト配列ではないが、可能性のあるtracr配列として直列反復配列またはtracrメイト配列と50%超の同一性を持つ任意の配列を同定する。可能性のあるtracr配列を取り出して、それに関連付けられた転写ターミネーター配列を分析する。 Some methods of identifying orthologues of CRISPR-Cas system enzymes may include identifying tracr sequences in the subject's genome. Identification of tracr sequences may involve the following steps of searching databases for direct repeats or tracr mate sequences to identify CRISPR regions containing CRISPR enzymes. Homologous sequences in the CRISPR region flanking the CRISPR enzyme are searched in both sense and antisense strand orientations. Examine transcription terminators and secondary structure. Any sequence that is not a direct repeat or tracr mate sequence but has greater than 50% identity with a direct repeat or tracr mate sequence is identified as a potential tracr sequence. A potential tracr sequence is picked and analyzed for its associated transcription terminator sequence.

自明であるが、本明細書で記載する機能のいずれも、操作して、他の相同分子種に由来するCRISPR酵素(複数の相同分子種に由来する断片を含むキメラ酵素を含む)に入れてもよい。そのような相同分子種の例は本明細書の他の箇所で記載されている。従って、キメラ酵素は、これらに限定されないが、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、およびカンピロバクターを含む生物のCRISPR酵素相同分子種の断片を含んでいてもよい。キメラ酵素は第一の断片と第二の断片を含んでいてもよく、これら断片は、本明細書で記載した属または種の生物のCRISPR酵素相同分子種であってもよい。好ましくは、これら断片は異なる種のCRISPR酵素相同分子種に由来する。 Obviously, any of the functions described herein can be engineered into CRISPR enzymes from other orthologues (including chimeric enzymes containing fragments from more than one orthologue). good too. Examples of such orthologues are described elsewhere herein. Thus, chimeric enzymes include, but are not limited to, Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroides, Flaviibora, Flavobacterium, Sphaerocheta, Azospirillum, Fragments of CRISPR enzyme orthologs of organisms including Gluconacetobacter, Neisseria, Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratiflactor, Mycoplasma, and Campylobacter may also be included. A chimeric enzyme may comprise a first fragment and a second fragment, which fragments may be CRISPR enzyme orthologues of organisms of the genus or species described herein. Preferably, these fragments are derived from different species of CRISPR enzyme orthologues.

いくつかの実施形態では、本明細書で言うC2c2タンパク質はまた、C2c2の機能多様体、あるいはその相同体または相同分子種の機能多様体を包含する。本明細書で用いられるタンパク質の「機能多様体」は、タンパク質の活性を少なくとも部分的に保持するそのタンパク質の多様体を指す。機能多様体は、多型を含む変異体(挿入、欠失、または置換変異体であってもよい)を含んでいてもよい。機能多様体にはまた、そのようなタンパク質と別の通常は無関係な核酸、タンパク質、ポリペプチド、またはペプチドとの融合産物も含まれる。機能多様体は、天然に存在するものであってもよく、あるいは人工のものであってもよい。好ましい実施形態は、操作された、すなわち天然に存在しないVI型RNA標的エフェクタータンパク質を含んでいてもよい。 In some embodiments, the C2c2 proteins referred to herein also include functional variants of C2c2, or homologues or orthologues thereof. As used herein, a "functional variant" of a protein refers to variants of that protein that at least partially retain the activity of the protein. Functional variants may include variants (which may be insertional, deletional or substitutional variants), including polymorphisms. Functional variants also include fusion products of such proteins with another, normally unrelated nucleic acid, protein, polypeptide, or peptide. A functional variant may be naturally occurring or man-made. Preferred embodiments may include engineered, ie, non-naturally occurring Type VI RNA target effector proteins.

一実施形態では、C2c2あるいはその相同分子種または相同体をコードする1つまたは複数の核酸分子は、真核細胞での発現についてコドン最適化されていてもよい。真核生物は本明細書で記載されているものであってもよい。1つまたは複数の核酸分子は、操作されている、すなわち天然に存在しないものであってもよい。 In one embodiment, one or more nucleic acid molecules encoding C2c2 or orthologues or homologues thereof may be codon-optimized for expression in eukaryotic cells. The eukaryote may be as described herein. One or more of the nucleic acid molecules may be engineered, ie non-naturally occurring.

一実施形態では、C2c2あるいはその相同分子種または相同体は、1つ以上の変異を含んでいてもよい(従って、それをコードする1つまたは複数の核酸分子は変異を持っていてもよい)。これらの変異は、人工的に導入された変異であってもよく、これらに限定されないが、触媒ドメインでの1つ以上の変異を含んでいてもよい。Cas9酵素に対する触媒ドメインの例としては、これらに限定されないが、RuvC Iドメイン、RuvC IIドメイン、RuvC IIIドメイン、およびHNHドメインが挙げられる。 In one embodiment, C2c2 or its orthologs or homologues may comprise one or more mutations (and thus the nucleic acid molecule or nucleic acid molecules encoding it may have mutations). . These mutations may be artificially introduced mutations and may include, but are not limited to, one or more mutations in the catalytic domain. Examples of catalytic domains for Cas9 enzymes include, but are not limited to, RuvC I domain, RuvC II domain, RuvC III domain, and HNH domain.

一実施形態では、C2c2あるいはその相同分子種または相同体は1つ以上の変異を含んでいてもよい。これらの変異は人工的に導入された変異であってもよく、これらに限定されないが、触媒ドメインでの1つ以上の変異を含んでいてもよい。Cas酵素に対する触媒ドメインの例としては、これらに限定されないが、HEPNドメインを含んでいてもよい。 In one embodiment, C2c2 or its orthologues or homologues may contain one or more mutations. These mutations may be artificially introduced mutations and may include, but are not limited to, one or more mutations in the catalytic domain. Examples of catalytic domains for Cas enzymes may include, but are not limited to, HEPN domains.

一実施形態では、C2c2あるいはその相同分子種または相同体は、機能ドメインに融合または操作によって結合させた汎用核酸結合タンパク質として用いられてもよい。機能ドメインの例としては、これらに限定されないが、翻訳開始剤、翻訳活性化因子、翻訳抑制因子、ヌクレアーゼ、特にリボヌクレアーゼ、スプライソソーム、ビーズ、光誘導性/制御性ドメイン、または化学的誘導性/制御性ドメインを含んでいてもよい。 In one embodiment, C2c2 or its orthologues or homologues may be used as a universal nucleic acid binding protein fused or engineered to a functional domain. Examples of functional domains include, but are not limited to, translation initiators, translation activators, translation repressors, nucleases, especially ribonucleases, spliceosomes, beads, light-inducible/regulatory domains, or chemically-inducible/ It may also contain a regulatory domain.

特定の例示的な実施形態では、C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、およびカンピロバクターからなる群より選択される生物に由来していてもよい。 In certain exemplary embodiments, the C2c2 effector protein is Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroidetes, Flaviibola, Flavobacterium, Sphaerocheta, It may be derived from an organism selected from the group consisting of Azospirillum, Gluconacetobacter, Neisseria, Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratifructor, Mycoplasma, and Campylobacter.

特定の態様では、エフェクタータンパク質はリステリアC2c2p種、好ましくはリステリア・シーリゲリC2c2p、より好ましくはリステリア・シーリゲリ血清型1/2b株であってもよい。SLCC3954 C2c2pとcrRNA配列は、長さが44~47ヌクレオチドであってもよく、29ntの5’末端直列反復配列(DR)と15nt~18ntのスペーサーを有する。 In a particular aspect, the effector protein may be a Listeria C2c2p species, preferably Listeria seeligeri C2c2p, more preferably Listeria seeligeri serovar 1/2b strain. The SLCC3954 C2c2p and crRNA sequences may be 44-47 nucleotides in length, with a 29 nt 5' terminal direct repeat (DR) and a 15-18 nt spacer.

特定の態様では、エフェクタータンパク質は、レプトトリキアC2c2p種、好ましくはレプトトリキア・シャーイイC2c2p、より好ましくはレプトトリキア・シャーイイDSM 19757 C2c2pであってもよい。また、crRNA配列は長さが42~58ヌクレオチドであってもよく、少なくとも24ntの5’末端の直列反復配列、例えば、24~28ntの5’末端の直列反復配列(DR)と少なくとも14ntのスペーサー、例えば、14nt~28nt、あるいは少なくとも18nt、例えば、19、20、21、22nt、またはそれ以上、例えば、18~28、19~28、20~28、21~28、または22~28ntのスペーサーを有する。 In a particular aspect, the effector protein may be a Leptotrichia C2c2p species, preferably Leptotrichia shaii C2c2p, more preferably Leptotrichia shaii DSM 19757 C2c2p. Alternatively, the crRNA sequence may be 42-58 nucleotides in length and comprises at least 24 nt of 5′-terminal direct repeats, such as 24-28 nt of 5′-terminal direct repeats (DR) and at least 14 nt of spacers. , such as 14 nt to 28 nt, or at least 18 nt, such as 19, 20, 21, 22 nt, or more, such as 18 to 28, 19 to 28, 20 to 28, 21 to 28, or 22 to 28 nt. have.

特定の例示的な実施形態では、エフェクタータンパク質はレプトトリキア属、レプトトリキア・ウェイディイF0279、またはリステリア属、好ましくはリステリア・ニューヨーケンシスFSL M6-0635であってもよい。 In certain exemplary embodiments, the effector protein may be Leptotrichia, Leptotrichia weedii F0279, or Listeria, preferably Listeria newyokensis FSL M6-0635.

特定の例示的な実施形態では、本発明のC2c2エフェクタータンパク質は、限定されないが、以下の21種の相同分子種(複数のCRISPR座位を含む)を含む:レプトトリキア・シャーイイ;レプトトリキア・ウェイディイ(Lw2);リステリア・シーリゲリ;ラクノスピラ科細菌MA2020;ラクノスピラ科細菌NK4A179;[クロストリジウム属]アミノフィラムDSM 10710;カーノバクテリウム・ガリナルムDSM 4847;カーノバクテリウム・ガリナルムDSM 4847(第二のCRISPR座位);パルディバクター・プロピオニシゲネスWB4;リステリア・ウェイヘンステファネンシスFSL R9-0317;リステリア科細菌FSL M6-0635;レプトトリキア・ウェイディイF0279;ロドバクター・カプスラータSB 1003;ロドバクター・カプスラータR121;ロドバクター・カプスラータDE442;レプトトリキア・ブッカーリスC-1013-b;ヘルビニックス・ヘミセルロシリィティカ;[ユウバクテリウム]レクターレ;ユーバクテリウム科細菌CHKCI004;ブラウティア・マルセイユP2398種;およびレプトトリキア・オーラルタクソン879種F0557株。さらに12個の非限定的な例として、ラクノスピラ科細菌NK4A144;クロロフレクサス・アグレガンス;デメキナ・アウランティアカ;タラソスピラTSL5-1種;シュードブチリビブリオOR37種;ブチリビブリオYAB3001種;ブラウティア・マルセイユ-P2398;レプトトリキア・マルセイユ-P3007種;バクテロイデス・イフアエ;ポリフィロモナス科細菌KH3CP3RA;リステリア・リパリア;およびインソリティスピリルム・ペレグリヌムがある。 In certain exemplary embodiments, the C2c2 effector proteins of the invention include, but are not limited to, the following 21 orthologues (comprising multiple CRISPR loci): Leptotrichia shaii; Leptotrichia weidii (Lw2). Lachnospiraceae MA2020; Lachnospiraceae NK4A179; [Clostridium] Aminophyllum DSM 10710; Carnobacterium gallinarum DSM 4847; Pionisigenes WB4; Listeria weihenstephanensis FSL R9-0317; Listeriaceae FSL M6-0635; [Eubacterium] rectale; Eubacteriaceae CHKCI004; Brautia marseille sp. P2398; and Leptotorichia oral taxon sp. Chloroflexus agregans; Demechina aurantiaca; Thalassospira sp. TSL5-1; Pseudobutyrivibrio OR37; Bacteroides ifae; Polyphyromonasaceae KH3CP3RA; Listeria liparia; and Insolitisspirillum peregrinum.

特定の態様では、本発明によるC2c2タンパク質は、以下の表に示す相同分子種のうちの1つであるか、あるいはそれに由来する。あるいは、以下の表に示す相同分子種のうちの2つ以上のキメラタンパク質である。あるいは、以下の表に示す相同分子種のうちの1つの変異体または多様体(またはキメラ変異体あるいは多様体)である。上記C2c2タンパク質は、本明細書の他の箇所で記載している、異種/機能ドメインと融合した、あるいはしていない死C2c2、分割C2c2、不安定化C2c2を含む。 In a particular aspect, the C2c2 protein according to the invention is, or is derived from, one of the orthologues shown in the table below. Alternatively, it is a chimeric protein of two or more of the orthologues shown in the table below. Alternatively, it is a mutant or variant (or chimeric mutant or variant) of one of the orthologues shown in the table below. The C2c2 proteins include dead C2c2, split C2c2, destabilized C2c2, fused or not with heterologous/functional domains, as described elsewhere herein.

特定の例示的な実施形態では、C2c2エフェクタータンパク質は以下の表1から選択される(配列番号600~615も含まれる)。

Figure 2023052052000001
Figure 2023052052000002
In certain exemplary embodiments, the C2c2 effector protein is selected from Table 1 below (also including SEQ ID NOs:600-615).
Figure 2023052052000001
Figure 2023052052000002

上記の種の野生型タンパク質配列を以下の表2に示す。特定の態様では、C2c2タンパク質をコードする核酸配列が提供される。

Figure 2023052052000003
Figure 2023052052000004
The wild-type protein sequences for the above species are shown in Table 2 below. In certain aspects, nucleic acid sequences encoding C2c2 proteins are provided.
Figure 2023052052000003
Figure 2023052052000004

本発明の一実施形態では、レプトトリキア・シャーイイC2c2、ラクノスピラ科細菌MA2020 C2c2、ラクノスピラ科細菌NK4A179 C2c2、クロストリジウム・アミノフィルム(DSM 10710)C2c2、カーノバクテリウム・ガリナルム(DSM 4847)C2c2、パルディバクター・プロピオニシゲネス(WB4)C2c2、リステリア・ウェイヘンステファネンシス(FSL R9-0317)C2c2、リステリア科細菌(FSL M6-0635)C2c2,リステリア・ニューヨーケンシス(FSL M6-0635)C2c2、レプトトリキア・ウェイディイ(F0279)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(SB 1003)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(R121)C2c2、ロドバクター・カプスラータ(DE442)C2c2、レプトトリキア・ウェイディイ(Lw2)C2c2、またはリステリア・シーリゲリC2c2の何れかの野生型配列に対して配列相同性が少なくとも80%であるアミノ酸配列を含むエフェクタータンパク質が提供される。 In one embodiment of the present invention, Leptotorichia shaii C2c2, Lachnospiraceae MA2020 C2c2, Lachnospiraceae NK4A179 C2c2, Clostridium aminophyllum (DSM 10710) C2c2, Carnobacterium gallinarum (DSM 4847) C2c2, Pardibacter pro Pionisigenes (WB4) C2c2, Listeria weihenstephanensis (FSL R9-0317) C2c2, Listeriaceae (FSL M6-0635) C2c2, Listeria newyokensis (FSL M6-0635) C2c2, Leptotorichia weedii Wild type sequence of any of (F0279) C2c2, Rhodobacter capsulata (SB 1003) C2c2, Rhodobacter capsulata (R121) C2c2, Rhodobacter capsulata (DE442) C2c2, Leptotricia weidii (Lw2) C2c2, or Listeria celigeri C2c2 An effector protein comprising an amino acid sequence having at least 80% sequence homology to is provided.

本発明の一実施形態では、エフェクタータンパク質は、VI型エフェクタータンパク質共通配列に対して配列相同性が少なくとも80%であるアミノ酸配列を含む。そのような共通配列としては、これらに限定されないが、本明細書で記載する共通配列が挙げられる。本発明によれば、共通配列は複数のC2c2相同分子種から生成されてもよい。共通配列は、保存されたアミノ酸残基およびモチーフの位置を決定するのを補助することができる。そのような共通配列としては、これらに限定されないが、C2c2機能を媒介するC2c2相同分子種中の触媒残基およびHEPNモチーフが挙げられる。そのような共通配列の1つは、Geneiousアライメントを用いて上記の33個の相同分子種から生成された配列番号325である。 In one embodiment of the invention, the effector protein comprises an amino acid sequence with at least 80% sequence homology to the Type VI effector protein consensus sequence. Such consensus sequences include, but are not limited to, the consensus sequences described herein. According to the invention, a consensus sequence may be generated from multiple C2c2 orthologs. A consensus sequence can help determine the positions of conserved amino acid residues and motifs. Such consensus sequences include, but are not limited to, catalytic residues and HEPN motifs in C2c2 orthologues that mediate C2c2 function. One such consensus sequence is SEQ ID NO:325 generated from the above 33 orthologues using a Geneious Alignment.

他の非限定的な例では、共通配列の生成と保存された残基の同定を補助する配列アライメントツールとしてはMUSCLEアライメントツール(www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/)がある。例えば、MUSCLEを用いてレプトトリキア・ウェイディイC2c2において、C2c2相同分子種の中で保存された以下のアミノ酸位置を同定することができる:K2;K5;V6;E301;L331;I335;N341;G351;K352;E375;L392;L396;D403;F446;I466;I470;R474(HEPN);H475;H479(HEPN)、E508;P556;L561;I595;Y596;F600;Y669;I673;F681;L685;Y761;L676;L779;Y782;L836;D847;Y863;L869;I872;K879;I933;L954;I958;R961;Y965;E970;R971;D972;R1046(HEPN)、H1051(HEPN)、Y1075;D1076;K1078;K1080;I1083;I1090。 In another non-limiting example, a sequence alignment tool to assist in generating consensus sequences and identifying conserved residues is the MUSCLE alignment tool (www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/). . For example, MUSCLE can be used to identify in Leptotrichia weedii C2c2 the following amino acid positions conserved among C2c2 orthologues: K2; K5; V6; E301; L331; D403; F446; I466; I470; R474 (HEPN); H475; H479 (HEPN), E508; Y863; L869; I872; K879; I933; L954; I958; R961; Y965; 11083; 11090.

よく保存された残基を示すHEPNドメインの例示的な配列アライメントを図50に示す。 An exemplary sequence alignment of HEPN domains showing highly conserved residues is shown in FIG.

特定の例示的な実施形態では、RNA標的エフェクタータンパク質は、Cas13bおよびグループ29または30のタンパク質などのVI-B型エフェクタータンパク質である。特定の例示的な実施形態では、RNA標的エフェクタータンパク質は1個以上のHEPNドメインを含む。特定の例示的な実施形態では、RNA標的エフェクタータンパク質はC末端HEPNドメイン、N末端HEPNドメイン、またはこの両方を含む。本発明の文脈で用いられてもよいVI-B型エフェクタータンパク質の例としては、以下を参照のこと。“Novel CRISPR Enzymes and Systems(新規なCRISPR酵素および系)”の名称で2016年10月21日に提出された米国特許出願第15/331,792号、“Novel CRISPR Enzymes and Systems(新規なCRISPR酵素および系)”の名称で2016年10月21日に提出された国際特許出願第PCT/US2016/058302号、Smargon et al. “Cas13b is a Type VI-B CRISPR-associated RNA-Guided RNase differentially regulated by accessory proteins Csx27 and Csx28(Cas13bはアクセサリータンパク質Csx27 and Csx28によって異なるように調節されるVI-B型CRISPR関連RNA誘導RNアーゼである)” Molecular Cell, 65, 1-13 (2017); dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2016.12.023、および“Novel Cas13b Orthologues CRISPR Enzymes and System(新規なCas13b分子相同種CRISPR酵素および系)”の名称で2017年3月15日に提出された米国特許仮特許出願。特定の実施形態では、Cas13b酵素は、ベルゲイエラ・ズーヘルクム(Bergeyella zoohelcum)由来である。特定の他の例示的な実施形態では、エフェクタータンパク質は、表3に示す配列(配列番号479~566も参照)の何れかに対して少なくとも80%の配列相同性を持つアミノ酸配列である、あるいはそれを含む。

Figure 2023052052000005
Figure 2023052052000006
Figure 2023052052000007
In certain exemplary embodiments, the RNA target effector protein is a type VI-B effector protein, such as Casl3b and group 29 or 30 proteins. In certain exemplary embodiments, the RNA target effector protein comprises one or more HEPN domains. In certain exemplary embodiments, the RNA target effector protein comprises a C-terminal HEPN domain, an N-terminal HEPN domain, or both. For examples of type VI-B effector proteins that may be used in the context of the present invention, see below. U.S. patent application Ser. Smargon et al. “Cas13b is a Type VI-B CRISPR-associated RNA-Guided RNase differentially regulated by Accessory proteins Csx27 and Csx28 (Cas13b is a type VI-B CRISPR-associated RNA-guided RNase differentially regulated by accessory proteins Csx27 and Csx28)” Molecular Cell, 65, 1-13 (2017); dx.doi. org/10.1016/j.molcel.2016.12.023, and a provisional U.S. patent filed March 15, 2017, entitled "Novel Cas13b Orthologues CRISPR Enzymes and System." Patent application. In certain embodiments, the Casl3b enzyme is from Bergeyella zoohelcum. In certain other exemplary embodiments, the effector protein is an amino acid sequence having at least 80% sequence homology to any of the sequences shown in Table 3 (see also SEQ ID NOs:479-566), or including it.
Figure 2023052052000005
Figure 2023052052000006
Figure 2023052052000007

特定の例示的な実施形態では、クラス2VI型CRISPR系はCas13c系である。特定の例示的な実施形態では、Cas13c相同分子種は以下の表4から選択される。この表は哺乳類細胞で発現するCas13c相同分子種を含む。

Figure 2023052052000008
In certain exemplary embodiments, the Class 2 Type VI CRISPR system is the Casl3c system. In certain exemplary embodiments, Casl3c orthologues are selected from Table 4 below. This table includes Cas13c orthologues expressed in mammalian cells.
Figure 2023052052000008

特定の例示的な実施形態では、RNA標的エフェクタータンパク質は2017年6月26日に提出された米国特許仮特許出願第62/525,165号および2017年8月16日に提出された出願米国第2017/047193号に開示されるCas13cエフェクタータンパク質である。Cas13cの野生型相同分子種の配列の例を以下の表5に示す。

Figure 2023052052000009

ガイドRNA In certain exemplary embodiments, the RNA target effector protein is the Casl3c effector protein disclosed in 2017/047193. Examples of sequences of wild-type orthologs of Casl3c are shown in Table 5 below.
Figure 2023052052000009

Guide RNA

本明細書で用いられる用語「crRNA」、「ガイドRNA」、「一本鎖ガイドRNA」、「gRNA」は、標的核酸配列と十分な相補性を持つ任意のポリヌクレオチド配列を含み、標的核酸配列とハイブリダイズして、gRNAとCRISPRエフェクタータンパク質とを含むRNA標的複合体の標的核酸配列への配列特異的結合を導くポリヌクレオチドを言う。一般に、gRNAは、(i)CRISPRエフェクタータンパク質と複合体を形成することができ、(ii)標的ポリヌクレオチド配列と十分な相補性を持つ配列を含んで標的配列とハイブリダイズし、CRISPR複合体の標的配列への配列特異的結合を導く任意のポリヌクレオチド配列であってもよい。本明細書で用いられる用語「CRISPRエフェクタータンパク質と複合体を形成することができる」は、標的RNAに配列特異的に結合することができる複合体が形成されてその標的RNAに機能を及ぼすことができるようにCRISPRエフェクタータンパク質がgRNAに特異的に結合できるような構造をgRNAが有することを指す。gRNAの構造的成分は直列反復配列およびガイド配列(すなわちスペーサー)を含んでいてもよい。標的RNAへの配列特異的結合は、gRNAの一部である「ガイド配列」によって媒介される。ガイド配列は標的RNAと相補である。本発明の実施形態では、用語「ガイドRNA」すなわち標的座位にCasを導くことができるRNAは、WO2014/093622(PCT/US2013/074667)など上記の引用文献で用いられるのと同様に用いられる。本明細書で用いられる用語「ガイド配列はハイブリダイズすることができる」は、標的配列に十分な相補性を持ち、標的配列とハイブリダイズし、CRISPR複合体の標的RNAへの結合を媒介するgRNAの小部分を言う。一般に、ガイド配列は、標的ポリヌクレオチド配列と十分な相補性を持ち、標的配列とハイブリダイズして、CRISPR複合体の標的配列への配列特異的な結合を導く任意のポリヌクレオチド配列である。態様によっては、ガイド配列と対応する標的配列の相補性の程度は、好適なアライメントアルゴリズムを用いて最適なアライメントを行った場合、約50%、60%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%、99%以上である。好適なアライメントは、配列を並べるための任意の好適なアルゴリズムを用いて決定してもよい。そのようなアルゴリズムの非限定的な例としては、Smith-Watermanアルゴリズム、Needleman-Wunschアルゴリズム、Burrows-Wheeler変換に基づくアルゴリズム(例えば、the Burrows Wheeler Aligner)、ClustalW, Clustal X, BLAT、Novoalign(Novocraft Technologies; novocraft.comで入手可能)、ELAND (Illumina,カリフォルニア州サンディエゴ)、SOAP(soap.genomics.org.cnで入手可能)、およびMaq(maq.sourceforge.netで入手可能)が挙げられる。 As used herein, the terms "crRNA", "guide RNA", "single-stranded guide RNA", "gRNA" include any polynucleotide sequence with sufficient complementarity to a target nucleic acid sequence, and directs the sequence-specific binding of an RNA target complex comprising a gRNA and a CRISPR effector protein to a target nucleic acid sequence. In general, the gRNA is (i) capable of forming a complex with a CRISPR effector protein, and (ii) contains a sequence with sufficient complementarity to the target polynucleotide sequence to hybridize with the target sequence, thereby forming a CRISPR complex. It can be any polynucleotide sequence that directs sequence-specific binding to a target sequence. As used herein, the term "capable of forming a complex with a CRISPR effector protein" means that a complex capable of binding sequence-specifically to a target RNA can be formed and exert a function on that target RNA. It refers to the gRNA having a structure that allows the CRISPR effector protein to specifically bind to the gRNA. Structural components of gRNAs may include direct repeats and guide sequences (ie, spacers). Sequence-specific binding to target RNA is mediated by a "guide sequence" that is part of the gRNA. The guide sequence is complementary to the target RNA. In embodiments of the present invention, the term "guide RNA", ie an RNA capable of directing Cas to a target locus, is used similarly as in the above cited references such as WO2014/093622 (PCT/US2013/074667). As used herein, the term "guide sequence is capable of hybridizing" refers to a gRNA having sufficient complementarity to a target sequence to hybridize with the target sequence and mediate binding of the CRISPR complex to the target RNA. say a small part of In general, a guide sequence is any polynucleotide sequence that has sufficient complementarity with a target polynucleotide sequence to hybridize with the target sequence and direct sequence-specific binding of the CRISPR complex to the target sequence. In some embodiments, the degree of complementarity between the guide sequence and the corresponding target sequence is about 50%, 60%, 75%, 80%, 85%, 90% when optimally aligned using a suitable alignment algorithm. %, 95%, 97.5%, 99% or more. A suitable alignment may be determined using any suitable algorithm for aligning sequences. Non-limiting examples of such algorithms include the Smith-Waterman algorithm, the Needleman-Wunsch algorithm, algorithms based on the Burrows-Wheeler transform (e.g. the Burrows Wheeler Aligner), ClustalW, Clustal X, BLAT, Novoalign (from Novocraft Technologies). novocraft.com), ELAND (Illumina, San Diego, Calif.), SOAP (available at soap.genomics.org.cn), and Maq (available at maq.sourceforge.net).

特定の態様では、本明細書で提供されるCRISPR系は、ガイド配列を含むcrRNAまたは類縁体ポリヌクレオチドを利用してもよい。ここで、ポリヌクレオチドはRNA、DNA、またはRNAとDNAの混合物であり、かつ/または上記ポリヌクレオチドは1種以上のヌクレオチド類縁体を含む。この配列は、任意の構造を含んでいてもよい。そのような構造としては、これらに限定されないが、バルジ(二本鎖の一方で塩基が余った状態)、ヘアピン、またはステムループ構造など、天然crRNAの構造が挙げられる。特定の態様では、ガイド配列を含むポリヌクレオチドは、第二のポリヌクレオチド配列と二本鎖を形成する。第二のポリヌクレオチド配列はRNA配列またはDNA配列であってもよい。 In certain aspects, the CRISPR systems provided herein may utilize crRNA or analogue polynucleotides that include guide sequences. Here, the polynucleotide is RNA, DNA, or a mixture of RNA and DNA, and/or said polynucleotide comprises one or more nucleotide analogues. This array may contain any structure. Such structures include, but are not limited to, those of native crRNAs such as bulges (double strands with extra bases), hairpins, or stem-loop structures. In certain aspects, a polynucleotide comprising a guide sequence forms a duplex with a second polynucleotide sequence. The second polynucleotide sequence may be an RNA sequence or a DNA sequence.

特定の態様では、化学修飾されたガイドRNAが用いられる。ガイドRNAの化学修飾の例としては、これらに限定されないが、1つ以上の末端ヌクレオチドへの2’-O-メチル(M)、3’-ホスホロチオ酸2’-O-メチル(MS)、または2’-O-メチル=3’-チオPACE(MSP)の組み込みが挙げられる。このような化学修飾されたガイドRNAは、無修飾のガイドRNAに比べて安定性と活性が高まっている場合があるが、標的特異性と非標的特異性は予測できない。(Hendel, 2015, Nat Biotechnol. 33(9):985-9, doi: 10.1038/nbt.3290(2015年6月29日にオンラインで発表)を参照のこと)。化学修飾されたガイドRNAは、これらに限定されないが、ホスホロチオ酸結合を有するRNA、およびリボース環の2’-炭素と4’-炭素との間にメチレン架橋を含む架橋型人工核酸(LNA)ヌクレオチドをさらに含む。 In certain aspects, chemically modified guide RNAs are used. Examples of chemical modifications of the guide RNA include, but are not limited to, 2′-O-methyl (M) to one or more terminal nucleotides, 2′-O-methyl 3′-phosphorothioate (MS), or Incorporation of 2′-O-methyl=3′-thioPACE (MSP) is included. Such chemically modified guide RNAs may have increased stability and activity compared to unmodified guide RNAs, but target and non-target specificity is unpredictable. (See Hendel, 2015, Nat Biotechnol. 33(9):985-9, doi: 10.1038/nbt.3290 (published online June 29, 2015)). Chemically modified guide RNAs include, but are not limited to, RNAs with phosphorothioic acid linkages and bridging artificial nucleic acid (LNA) nucleotides containing methylene bridges between the 2'- and 4'-carbons of the ribose ring. further includes

態様によっては、ガイド配列は、約5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、75ヌクレオチドあるいはそれ以上の長さを有する。態様によっては、ガイド配列は、約75、50、45、40、35、30、25、20、15、12ヌクレオチド未満の長さを有する。ガイド配列は10~30ヌクレオチド長であることが好ましい。CRISPR複合体の標的配列への配列特異的な結合を導くガイド配列の能力を任意の好適なアッセイにより評価してもよい。例えば、CRISPR配列の成分をコードするベクターで形質移入するなど、試験対象のガイド配列を含むCRISPR複合体を形成するのに十分なCRISPR系の成分を対応する標的配列を持つ宿主細胞に与えて、Surveyorアッセイなどで標的配列内での優先的な切断を評価してもよい。同様に、標的配列、CRISPR複合体の成分(試験対象のガイド配列を含む)、および試験対象のガイド配列とは異なる対照ガイド配列を準備して、試験ガイド配列と対照ガイド配列の反応で標的配列での結合または切断速度を比較することで標的RNAの切断を試験管内で評価してもよい。他のアッセイも可能であり、当業者には自明である。 In some variations, the guide sequence is about , 30, 35, 40, 45, 50, 75 nucleotides or longer. In some variations, the guide sequence has a length of less than about 75, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 12 nucleotides. Preferably, the guide sequence is 10-30 nucleotides in length. The ability of the guide sequence to direct sequence-specific binding of the CRISPR complex to the target sequence may be assessed by any suitable assay. providing a host cell with the corresponding target sequence with sufficient components of the CRISPR system to form a CRISPR complex comprising the guide sequence to be tested, e.g., by transfecting with a vector encoding the component of the CRISPR sequence; Preferential cleavage within the target sequence may be assessed, such as with a Surveyor assay. Similarly, by providing a target sequence, a component of the CRISPR complex (including the guide sequence to be tested), and a control guide sequence that is different from the guide sequence to be tested, the reaction of the test guide sequence and the control guide sequence Cleavage of the target RNA may be assessed in vitro by comparing binding or cleavage rates at . Other assays are possible and obvious to those skilled in the art.

ガイド配列、従って、核酸標的ガイドRNAを、任意の標的核酸配列を標的するように選択してもよい。CRISPR複合体の形成という文脈で、「標的配列」は、ガイド配列が相補性を持つように設計された配列を指し、標的配列とガイド配列とのハイブリダイゼーションによりCRISPR複合体の形成が促進される。標的配列は、RNAポリヌクレオチドを含んでいてもよい。用語「標的RNA」は、標的配列である、あるいはそれを含むRNAポリヌクレオチドを指す。換言すれば、標的RNAは、gRNAの一部分、すなわちガイド配列が相補性を持つように設計され、CRISPRエフェクタータンパク質とgRNAを含む複合体によって媒介されるエフェクター機能が向けられるRNAポリヌクレオチドまたはRNAポリヌクレオチドの一部分であってもよい。態様によっては、標的配列は、細胞の核または細胞質に位置する。標的配列はDNAであってもよい。標的配列は任意のRNA配列であってもよい。態様によっては、標的配列は、メッセンジャーRNA(mRNA)、前駆mRNA、リボソームRNA(rRNA)、転移RNA(tRNA)、マイクロRNA(miRNA)、低分子干渉RNA(siRNA)、核内低分子RNA(snRNA)、核小体低分子RNA(snoRNA)、二本鎖RNA(dsRNA)、非コードRNA(ncRNA)、長鎖非コードRNA(lncRNA)、および小細胞質RNA(scRNA)からなる群より選択されるRNA分子内の配列であってもよい。好ましい態様によっては、標的配列は、mRNA、前駆mRNA、およびrRNAからなる群より選択されるRNA分子内の配列であってもよい。好ましい態様によっては、標的配列は、ncRNAおよびlncRNAからなる群より選択されるRNA分子内の配列であってもよい。より好ましい態様によっては、標的配列はmRNA分子または前駆mRNA分子内の配列であってもよい。 Guide sequences, and thus nucleic acid-targeted guide RNAs, may be selected to target any target nucleic acid sequence. In the context of CRISPR complex formation, "target sequence" refers to a sequence designed to be complementary to a guide sequence, wherein hybridization of the target sequence with the guide sequence facilitates formation of the CRISPR complex. . A target sequence may comprise an RNA polynucleotide. The term "target RNA" refers to an RNA polynucleotide that is or contains a target sequence. In other words, the target RNA is a portion of the gRNA, i.e., an RNA polynucleotide or RNA polynucleotide designed to be complementary to the guide sequence, to which the effector function mediated by a complex comprising the CRISPR effector protein and the gRNA is directed. may be part of In some embodiments, the target sequence is located in the nucleus or cytoplasm of the cell. The target sequence may be DNA. A target sequence may be any RNA sequence. In some embodiments, the target sequence is messenger RNA (mRNA), precursor mRNA, ribosomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA), microRNA (miRNA), small interfering RNA (siRNA), small nuclear RNA (snRNA) ), small nucleolar RNA (snoRNA), double-stranded RNA (dsRNA), noncoding RNA (ncRNA), long noncoding RNA (lncRNA), and small cytoplasmic RNA (scRNA) It may be a sequence within an RNA molecule. In some preferred embodiments, the target sequence may be a sequence within an RNA molecule selected from the group consisting of mRNA, precursor mRNA, and rRNA. In some preferred embodiments, the target sequence may be a sequence within an RNA molecule selected from the group consisting of ncRNA and lncRNA. In some more preferred embodiments, the target sequence may be a sequence within an mRNA molecule or a precursor mRNA molecule.

態様によっては、核酸標的ガイドRNAは、RNA標的ガイドRNA内の二次構造度を低減するように選択されている。態様によっては、最適に折り畳まれると、核酸標的ガイドRNAのヌクレオチドの約75%、50%、40%、30%、25%、20%、15%、10%、5%、1%以下が自己相補的塩基対の形成に参加する。最適な折り畳みは、任意の好適なポリヌクレオチド折り畳みアルゴリズムによって決定されてもよい。いくつかのプログラムは、最少ギブズ自由エネルギーを計算することに基づいている。そのようなアルゴリズムの一例は、Zuker and Stiegler (Nucleic Acids Res. 9 (1981), 133-148)に記載されたmFoldである。他の例示的な折り畳みアルゴリズムは、ウィーン大学Institute for Theoretical Chemistryで開発された重心構造予測アルゴリズムを用いるラインウェブサーバーRNAfoldである(例えば、A.R. Gruber et al., 2008, Cell 106(1): 23-24; and PA Carr and GM Church, 2009, Nature Biotechnology 27(12): 1151-62を参照のこと)。 In some aspects, the nucleic acid-targeted guide RNA is selected to reduce the degree of secondary structure within the RNA-targeted guide RNA. In some embodiments, about 75%, 50%, 40%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1% or less of the nucleotides of the nucleic acid target guide RNA are self-folding when optimally folded. Participates in the formation of complementary base pairs. Optimal folding may be determined by any suitable polynucleotide folding algorithm. Some programs are based on calculating the minimum Gibbs free energy. An example of such an algorithm is mFold, described by Zuker and Stiegler (Nucleic Acids Res. 9 (1981), 133-148). Another exemplary folding algorithm is the line webserver RNAfold, which uses a centroid structure prediction algorithm developed at the Institute for Theoretical Chemistry, University of Vienna (e.g., A.R. Gruber et al., 2008, Cell 106(1): 23- 24; and PA Carr and GM Church, 2009, Nature Biotechnology 27(12): 1151-62).

特定の態様では、ガイドRNAまたはcrRNAは、直列反復配列(DR)配列、およびガイド配列すなわちスペーサー配列を含む、それらから本質的になっている、あるいはそれらからなっていてもよい。特定の態様では、ガイドRNAまたはcrRNAは、ガイド配列すなわちスペーサー配列に融合または結合した直列反復配列を含む、それから本質的になっている、あるいはそれからなっていてもよい。特定の態様では、直列反復配列はガイド配列すなわちスペーサー配列の上流(すなわち、5’)に位置していてもよい。他の実施形態では、直列反復配列は、ガイド配列すなわちスペーサー配列の下流(すなわち、3’)に位置していてもよい。 In certain aspects, the guide RNA or crRNA may comprise, consist essentially of, or consist of a direct repeat (DR) sequence and a guide or spacer sequence. In certain aspects, the guide RNA or crRNA may comprise, consist essentially of, or consist of a direct repeat sequence fused or linked to a guide or spacer sequence. In certain embodiments, the direct repeat sequence may be located upstream (ie, 5') to the guide or spacer sequence. In other embodiments, the direct repeat sequence may be located downstream (ie, 3') of the guide or spacer sequence.

特定の態様では、crRNAは、ステムループ、好ましくは単一のステムループを含む。特定の態様では、直列反復配列は、ステムループ、好ましくは単一のステムループを形成する。 In certain aspects, the crRNA comprises a stem-loop, preferably a single stem-loop. In certain aspects, the direct repeats form a stem loop, preferably a single stem loop.

特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は15~35ntである。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は、少なくとも15ヌクレオチド、好ましくは少なくとも18nt、例えば、少なくとも19、20、21、22nt、あるいはそれ以上である。特定の態様では、スペーサー長は15~17nt、例えば、15、16、または17nt、17~20nt、例えば、17、18、19、または20nt、20~24nt、例えば、20、21、22、23、または24nt、23~25nt、例えば、23、24、または25nt、24~27nt、例えば、24、25、26、または27nt、27~30nt、例えば、27、28、29、または30nt、30~35nt、例えば、30、31、32、33、34、または35nt、または35nt以上である。 In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is 15-35 nt. In particular aspects, the spacer length of the guide RNA is at least 15 nucleotides, preferably at least 18 nt, such as at least 19, 20, 21, 22 nt, or more. In certain aspects, the spacer length is 15-17 nt, such as 15, 16, or 17 nt, 17-20 nt, such as 17, 18, 19, or 20 nt, 20-24 nt, such as 20, 21, 22, 23, or 24 nt, 23-25 nt, such as 23, 24, or 25 nt, 24-27 nt, such as 24, 25, 26, or 27 nt, 27-30 nt, such as 27, 28, 29, or 30 nt, 30-35 nt, For example, 30, 31, 32, 33, 34, or 35 nt, or greater than or equal to 35 nt.

特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は28ヌクレオチド未満である。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は少なくとも18ヌクレオチドで、28ヌクレオチド未満である。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は19~28ヌクレオチドである。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は19~25ヌクレオチドである。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は20ヌクレオチドである。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は23ヌクレオチドである。特定の態様では、ガイドRNAのスペーサー長は25ヌクレオチドである。 In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is less than 28 nucleotides. In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is at least 18 nucleotides and less than 28 nucleotides. In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is 19-28 nucleotides. In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is 19-25 nucleotides. In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is 20 nucleotides. In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is 23 nucleotides. In certain aspects, the spacer length of the guide RNA is 25 nucleotides.

従来のCRISPR-Cas系では、ガイド配列とその対応する標的配列との相補性の程度は、約50%、60%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%、99%、あるいはそれ以上、または100%であってもよい。ガイド、RNA、またはsgRNAは、長さが約5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、75ヌクレオチドあるいはそれ以上であり得る。あるいは、ガイド、RNA、またはsgRNAは長さが約75、50、45、40、35、30、25、20、15、12ヌクレオチド以下であってもよい。しかしながら、本発明の側面は、例えば、低い相補性を持つ標的配列と相互作用するガイドを低減するなど、非標的の相互作用を低減するものである。実際、これらの例では、本発明は、標的配列と、80%~約約95%の相補性、例えば、83%~84%、88~89%、または94~95%の相補性を持つ非標的配列を区別する(例えば、18ヌクレオチドの標的と、1つ、2つ、または3つの不一致を持つ18ヌクレオチドの非標的を区別する)ことができるCRISPR-Cas系が得られる変異を含むことが示されている。従って、本発明の文脈で、ガイド配列とその対応する標的配列の相補性の程度は、94.5%、95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、99%、99.5%、99.9%超、または100%である。非標的は、配列とガイドの相補性が100%、99.9%、99.5%、99%、99%、98.5%、98%、97.5%、97%、96.5%、96%、95.5%、95%、94.5%、94%、93%、92%、91%、90%、89%、88%、87%、86%、85%、84%、83%、82%、81%、または80%未満であり、好ましくは、非標的は、配列とガイドの相補性が100%、99.9%、99.5%、99%、99%、98.5%、98%、97.5%、97%、96.5%、96%、95.5%、95%、94.5%である。 In conventional CRISPR-Cas systems, the degree of complementarity between the guide sequence and its corresponding target sequence is approximately 50%, 60%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97.5%. , 99% or more, or 100%. The guide, RNA, or sgRNA has a length of about It can be 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 75 nucleotides or more. Alternatively, the guide, RNA or sgRNA may be about 75, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 12 nucleotides or less in length. However, an aspect of the invention is to reduce non-target interactions, eg, reduce guides interacting with target sequences with low complementarity. Indeed, in these examples, the present invention provides non-target sequences with 80% to about 95% complementarity, such as 83%-84%, 88-89%, or 94-95% complementarity. Include mutations that result in a CRISPR-Cas system that can discriminate between target sequences (e.g., between 18-nucleotide targets and 18-nucleotide non-targets with 1, 2, or 3 mismatches). It is shown. Thus, in the context of the present invention, the degree of complementarity between a guide sequence and its corresponding target sequence is 94.5%, 95%, 95.5%, 96%, 96.5%, 97%, 97.5 %, 98%, 98.5%, 99%, 99.5%, greater than 99.9%, or 100%. Non-targets have 100%, 99.9%, 99.5%, 99%, 99%, 98.5%, 98%, 97.5%, 97%, 96.5% complementarity of sequence and guide , 96%, 95.5%, 95%, 94.5%, 94%, 93%, 92%, 91%, 90%, 89%, 88%, 87%, 86%, 85%, 84%, less than 83%, 82%, 81%, or 80%, preferably the non-target has 100%, 99.9%, 99.5%, 99%, 99%, 98% complementarity between the sequence and the guide. .5%, 98%, 97.5%, 97%, 96.5%, 96%, 95.5%, 95%, 94.5%.

特定の態様では、不一致、例えば、スペーサー配列と標的配列の1つ以上の不一致(例えば、1つまたは2つの不一致)を導入することで、スペーサー/標的に沿った不一致の位置を含めて切断効率の調節を行うことができる。例えば、二重の不一致が中央寄り(すなわち、3’または5’ではない)にあると、切断効率はより影響を受ける。従って、スペーサーに沿った不一致位置を選択することで、切断効率を調節することができる。例えば、(例えば、細胞集団で)標的の100%未満の切断が所望である場合、スペーサーと標的配列との1つ以上、例えば、好ましくは2つ不一致がスペーサー配列に導入されてもよい。不一致の位置のスペーサーに沿って中央寄りにあれば、切断割合は低くなる。 In certain aspects, the introduction of mismatches, e.g., one or more mismatches (e.g., 1 or 2 mismatches) between the spacer sequence and the target sequence, reduces the cleavage efficiency, including the mismatched positions along the spacer/target. can be adjusted. For example, cleavage efficiency is more affected if the double mismatch is more central (ie, not 3' or 5'). Thus, by choosing mismatched positions along the spacer, cleavage efficiency can be modulated. For example, if less than 100% cleavage of the target (eg, in a cell population) is desired, one or more, eg, preferably two mismatches between the spacer and the target sequence may be introduced into the spacer sequence. If it is more central along the mismatched spacer, the cleavage rate will be lower.

特定の例示的な実施形態では、切断効率を用いて、例えば、一塩基多型(SNP)、多様性、または(点)変異など1つのヌクレオチドが異なっている2つ以上の標的を区別することができる一本鎖ガイドを設計してもよい。CRISPRエフェクターは、SNP(または他の一塩基多様性)に対する感度が低減されていて、特定のレベルの効率でSNP標的を続けて切断してもよい。従って、2つの標的あるいは1組の標的について、標的の1つ、すなわち標的SNPに相補なヌクレオチド配列を用いてガイドRNAを設計してもよい。ガイドRNAは、合成による不一致を持つようにさらに設計されている。本明細書で用いられる用語「合成による不一致」は、天然に存在するSNPの上流または下流、最大5ヌクレオチド上流または下流、4、3、2、または1ヌクレオチド上流または下流、好ましくは最大3ヌクレオチド上流または下流、より好ましくは最大2ヌクレオチド上流または下流、最も好ましくは1ヌクレオチド上流または下流(すなわちSNPに隣接して)導入した天然に存在しない不一致を言う。CRISPRエフェクターが標的SNPに結合すると、合成による不一致との1つの不一致のみが形成され、CRISPRエフェクターは引き続き活性化されており、検出可能な信号が生成される。ガイドRNAが非標的SNPにハイブリダイズすると、SNP由来の不一致と合成による不一致という2つの不一致が形成され、検出可能な信号は生成されない。従って、本明細書で開示される系は、1つの集団内でSNPを区別するように設計されていてもよい。例えば、この系を用いて、1つのSNPで異なっている病原体株を区別する、あるいは特定の疾患に特異的なSNPを検出してもよい。そのようなSNPとしては、これらに限定されないが、疾患関連SNP、これらに限定されないが、癌関連SNPが挙げられる。 In certain exemplary embodiments, cleavage efficiency is used to distinguish between two or more targets that differ by a single nucleotide, e.g., single nucleotide polymorphisms (SNPs), diversity, or (point) mutations. A single-stranded guide may be designed that allows A CRISPR effector may have reduced sensitivity to SNPs (or other single nucleotide diversity) and subsequently cleave SNP targets with a certain level of efficiency. Thus, for two targets or a set of targets, a guide RNA may be designed with a nucleotide sequence complementary to one of the targets, ie the target SNP. Guide RNAs are further designed to have synthetic mismatches. As used herein, the term "synthetic mismatch" refers to a naturally occurring SNP upstream or downstream, up to 5 nucleotides upstream or downstream, 4, 3, 2, or 1 nucleotides upstream or downstream, preferably up to 3 nucleotides upstream. or downstream, more preferably up to 2 nucleotides upstream or downstream, most preferably 1 nucleotide upstream or downstream (ie adjacent to the SNP) introduced non-naturally occurring discrepancies. When the CRISPR effector binds to the target SNP, only one mismatch with the synthetic mismatch is formed and the CRISPR effector remains activated producing a detectable signal. When the guide RNA hybridizes to a non-target SNP, two mismatches are formed, the SNP-derived mismatch and the synthetic mismatch, and no detectable signal is generated. Accordingly, the systems disclosed herein may be designed to distinguish SNPs within a population. For example, the system may be used to distinguish between different pathogen strains with a single SNP, or to detect SNPs specific to a particular disease. Such SNPs include, but are not limited to, disease-associated SNPs, but are not limited to cancer-associated SNPs.

特定の態様では、ガイドRNAは、SNPが(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、または30に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、SNPが(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置1、2、3、4、5、6、7、8、または9に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、SNPが(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置2、3、4、5、6、または7に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、SNPが(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置3、4、5、または6に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、SNPが(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置3に位置するように設計されている。 In particular aspects, the guide RNA has SNPs (starting at the 5' end) of the spacer sequence at positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, Designed to be located at 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30. In certain aspects, the guide RNA is designed so that the SNP is located at positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 of the spacer sequence (starting at the 5' end). In certain aspects, the guide RNA is designed such that the SNP is located at positions 2, 3, 4, 5, 6, or 7 of the spacer sequence (starting at the 5' end). In certain aspects, the guide RNA is designed so that the SNP is located at positions 3, 4, 5, or 6 of the spacer sequence (starting from the 5' end). In certain aspects, the guide RNA is designed such that the SNP is located at position 3 of the spacer sequence (starting at the 5' end).

特定の態様では、ガイドRNAは、不一致(例えば、合成による不一致、すなわちSNPの他の別の変異)が(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、または30に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、不一致が(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置1、2、3、4、5、6、7、8、または9に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、不一致が(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置4、5、6、または7に位置するように設計されている。特定の態様では、ガイドRNAは、不一致が(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置5に位置するように設計されている。 In certain aspects, the guide RNA is such that the mismatch (e.g., a synthetic mismatch, or another variation of the SNP) is (starting at the 5' end) the spacer sequence at positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, Located at 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30 is designed to In certain aspects, the guide RNA is designed so that the mismatch is located at positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 of the spacer sequence (starting at the 5' end). In certain aspects, the guide RNA is designed so that the mismatch is located at positions 4, 5, 6, or 7 of the spacer sequence (starting at the 5' end). In certain aspects, the guide RNA is designed such that the mismatch is located at position 5 of the spacer sequence (starting at the 5' end).

特定の態様では、ガイドRNAは、不一致がSNPの2ヌクレオチド上流に位置する(すなわち、1つのヌクレオチドがその間にある)ように設計されている。 In certain aspects, the guide RNA is designed so that the mismatch is located two nucleotides upstream of the SNP (ie, one nucleotide in between).

特定の態様では、ガイドRNAは、不一致がSNPの2ヌクレオチド下流に位置する(すなわち、1つのヌクレオチドがその間にある)ように設計されている。 In certain aspects, the guide RNA is designed such that the mismatch is located two nucleotides downstream of the SNP (ie, one nucleotide in between).

特定の態様では、ガイドRNAは、不一致が(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置5に位置し、SNPが(5’末端から始めて)スペーサー配列の位置3に位置するように設計されている。 In certain aspects, the guide RNA is designed such that the mismatch is located at position 5 of the spacer sequence (starting from the 5' end) and the SNP is located at position 3 of the spacer sequence (starting from the 5' end). .

本明細書で記載する実施形態は、本明細書で記載するように、本明細書で記載したベクターを細胞に送達することを含む、真核細胞(生体外、すなわち単離された真核細胞)で1つ以上のヌクレオチド修飾を誘導することを理解するものである。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した細胞の各標的配列での1つ以上のヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいてもよい。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した前記細胞の各標的配列での1~75ヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいてもよい。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した前記細胞の各標的配列での1、5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、または75ヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいてもよい。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した前記細胞の各標的配列での5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、または75ヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいてもよい。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した前記細胞の各標的配列での10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、または75ヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいる。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した前記細胞の各標的配列での20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、または75ヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいてもよい。変異は、1つまたは複数のガイドRNAを介した前記細胞の各標的配列での40、45、50、75、100、200、300、400、または500ヌクレオチドの導入、欠失、または置換を含んでいてもよい。 Embodiments described herein are eukaryotic cells (ex vivo, i.e., isolated eukaryotic cells), comprising delivering the vectors described herein to cells as described herein. ) to induce one or more nucleotide modifications. Mutations may involve the introduction, deletion or substitution of one or more nucleotides in each target sequence of the cell via one or more guide RNAs. Mutations may involve the introduction, deletion or substitution of 1-75 nucleotides in each target sequence of said cell via one or more guide RNAs. The mutation is 1, 5, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 at each target sequence of said cell via one or more guide RNAs. , 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, or 75 nucleotides introduced, deleted, or substituted. The mutation is at each target sequence of said cell via one or more guide RNAs , 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, or 75 nucleotides introduced, deleted, or substituted. Mutations are mediated by one or more guide RNAs at each target sequence in said cell. , 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, or 75 nucleotides introduced, deleted, or substituted. Mutations are mediated by one or more guide RNAs at each target sequence in said cell. , or an introduction, deletion, or substitution of 75 nucleotides. Mutations include the introduction, deletion, or substitution of 40, 45, 50, 75, 100, 200, 300, 400, or 500 nucleotides at each target sequence in said cell via one or more guide RNAs. You can stay.

典型的には、内因性CRISPR系の文脈では、CRISPR複合体(標的配列にハイブリダイズして1種以上のCasタンパク質と複合体を形成したガイド配列を含む)が形成されると、標的配列で、あるいはその付近(例えば、標的配列から1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、50個、またはそれ以上の数の塩基対内)で切断が生じるが、特にRNA標的の場合は、例えば、二次構造に依存する場合がある。

RNA系マスキング構築物
Typically, in the context of an endogenous CRISPR system, once a CRISPR complex (comprising a guide sequence hybridized to a target sequence and complexed with one or more Cas proteins) is formed, the target sequence , or near (e.g., within 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 50, or more base pairs from the target sequence), but Especially for RNA targets, for example, it may depend on secondary structure.

RNA-based masking constructs

本明細書で用いられる用語「マスキング構築物」は、本明細書で記載する活性化されたCRISPR系エフェクタータンパク質によって切断され得るか、不活性化され得る分子を指す。用語「マスキング構築物」はまた、別の方法では「検出構築物」とも言われることがある。特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物はRNA系マスキング構築物である。マスキング構築物は、検出可能な陽性信号の生成または検出を妨げる。検出可能な陽性信号は、当該分野で既知の光学、蛍光、化学発光体、電気化学、またはその他の検出方法を用いて検出することができる任意の信号であってもよい。マスキング構築物は、マスキング構築物が除去されるか、そうでなければ発現停止されるまでは、検出可能な陽性信号の生成を妨げる、あるいは検出可能な陽性信号の存在をマスクしていてもよい。用語「検出可能な陽性信号」は、マスキング構築物の存在下で検出可能な他の検出可能信号と区別するのに用いられる。例えば、特定の実施形態では、第一の信号は、マスキング因子が存在すると検出されてもよい(すなわち、検出可能な陰性信号)。第一の信号は、次いで、活性化されたCRISPRエフェクタータンパク質により標的分子が検出されてマスキング因子が切断または失活すると、第二の信号(例えば、検出可能な陽性信号)に変換される。 As used herein, the term "masking construct" refers to a molecule that can be cleaved or inactivated by an activated CRISPR system effector protein as described herein. The term "masking construct" may also be alternatively referred to as "detection construct". In certain exemplary embodiments, the masking construct is an RNA-based masking construct. A masking construct prevents the production or detection of a detectable positive signal. A detectable positive signal can be any signal that can be detected using optical, fluorescent, chemiluminescent, electrochemical, or other detection methods known in the art. The masking construct may prevent production of a detectable positive signal or mask the presence of a detectable positive signal until the masking construct is removed or otherwise silenced. The term "detectable positive signal" is used to distinguish from other detectable signals detectable in the presence of the masking construct. For example, in certain embodiments, the first signal may be detected in the presence of a masking agent (ie, a detectable negative signal). The first signal is then converted to a second signal (eg, a detectable positive signal) upon detection of the target molecule by an activated CRISPR effector protein and cleavage or inactivation of the masking factor.

特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物は遺伝子産物の生成を抑制してもよい。遺伝子産物は、試料に付加されたレポーター構築物によりコードされてもよい。マスキング構築物は、例えば、shRHNまたはsiRNAなど、RNA干渉経路に関与する干渉RNAであってもよい。マスキング構築物はまた、マイクロRNA(miRNA)を含んでいてもよい。マスキング構築物が存在すると、遺伝子産物の発現を抑制する。遺伝子産物は、蛍光タンパク質であってもよく、あるいはマスキング構築物の存在に関して標識プローブまたは抗体により検出可能な他のRNA転写物またはタンパク質であってもよい。エフェクタータンパク質が活性化すると、マスキング構築物は切断あるいは発現停止されて遺伝子産物を検出可能な陽性信号として発現させ検出することができる。 In certain exemplary embodiments, a masking construct may suppress production of a gene product. A gene product may be encoded by a reporter construct added to the sample. A masking construct may be an interfering RNA that participates in the RNA interference pathway, eg, shRHN or siRNA. Masking constructs may also include microRNAs (miRNAs). The presence of the masking construct suppresses expression of the gene product. The gene product may be a fluorescent protein or other RNA transcript or protein detectable by labeled probes or antibodies for the presence of the masking construct. Upon activation of the effector protein, the masking construct is cleaved or silenced allowing the gene product to be expressed and detected as a detectable positive signal.

特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物は陽性信号を生成するのに必要な1種以上の試薬を、このマスキング構築物から1種以上の試薬が放出されると検出可能な陽性信号が生成されるように、隔離していてもよい。1種以上の試薬は結合して、比色信号、化学発光信号、蛍光信号、または任意の他の検出可能な信号を生成してもよく、そのような目的に好適であると分かっている任意の試薬を含んでいてもよい。特定の例示的な実施形態では、1種以上の試薬は、1種以上の試薬と結合するRNAアプタマーにより隔離されている。標的分子の検出時にエフェクタータンパク質が活性化されると、1種以上の試薬は放出される。特定の例示的な実施形態では、1種以上の試薬は、比色信号、化学発光信号、または蛍光信号などの検出可能な信号を容易に生成することができるタンパク質(例えば、酵素)である。このような試薬は、1種以上のRNAアプタマーをタンパク質に結合させることでそのタンパク質が検出可能な信号を生成することができないように阻害または隔離するされている。本明細書で開示されるエフェクタータンパク質が活性化されると、RNAアプタマーは切断または分解されて、検出可能な信号を生成するタンパク質の能力を阻害できないようになる。特定の例示的な実施形態では、アプタマーはトロンビン阻害アプタマーである。特定の例示的な実施形態では、トロンビン阻害アプタマーは配列GGGAACAAAGCUGAAGUACUUACCC(配列番号:414)である。このアプタマーが切断されると、トロンビンが活性化されて、ペプチド比色基質または蛍光基質を切断する、特定の例示的な実施形態では、比色基質はトロンビンのペプチド基質に共有結合したパラニトロアニリド(pNA)である。トロンビンによって切断されると、pNAが放出されて、黄色に変化し、容易に目で見えるようになる。特定の例示的な実施形態では、蛍光基質は、蛍光検出器を用いて検出することができる青色蛍光色素分子の7-アミノ-4-メチルクマリンである。上記の原則内で、セイヨウワサビペルオキシダーゼ(HRP)、β-ガラクトシダーゼ、または仔ウシアルカリホスファターゼ(CAP)に対する阻害性アプタマーを用いてもよい。 In certain exemplary embodiments, the masking construct provides one or more reagents necessary to produce a positive signal, and release of the one or more reagents from the masking construct produces a detectable positive signal. It may be isolated as One or more reagents may be conjugated to produce a colorimetric, chemiluminescent, fluorescent, or any other detectable signal, and any reagent found suitable for such purposes. of reagents. In certain exemplary embodiments, one or more reagents are sequestered by an RNA aptamer that binds the one or more reagents. Upon detection of the target molecule, one or more reagents are released upon activation of the effector protein. In certain exemplary embodiments, one or more reagents are proteins (eg, enzymes) that can readily produce detectable signals, such as colorimetric, chemiluminescent, or fluorescent signals. Such reagents are designed to bind one or more RNA aptamers to a protein, thereby inhibiting or sequestering that protein from producing a detectable signal. Upon activation of the effector proteins disclosed herein, the RNA aptamer is cleaved or degraded so that it cannot interfere with the protein's ability to generate a detectable signal. In certain exemplary embodiments, the aptamer is a thrombin-inhibiting aptamer. In certain exemplary embodiments, the thrombin-inhibiting aptamer has the sequence GGGAACAAAGCUGAAGUACUUACCC (SEQ ID NO:414). Cleavage of this aptamer activates thrombin to cleave a peptide colorimetric or fluorogenic substrate. In certain exemplary embodiments, the colorimetric substrate is paranitroanilide covalently linked to a peptide substrate of thrombin (pNA). When cleaved by thrombin, pNA is released, turning yellow and easily visible. In certain exemplary embodiments, the fluorescent substrate is 7-amino-4-methylcoumarin, a blue fluorophore that can be detected using a fluorescence detector. Within the above principles, inhibitory aptamers against horseradish peroxidase (HRP), β-galactosidase, or calf alkaline phosphatase (CAP) may be used.

特定の態様では、RNA分解酵素活性は、酵素阻害アプタマーの切断により比色分析から検出される。RNA分解酵素活性を比色信号に変換する1つの可能性があるモードは、比色分析出力を生成することができる酵素の再活性化とRNAアプタマーの切断とを結合させることである。RNAの切断がなければ、無傷のアプタマーが酵素標的に結合してその活性を阻害する。この読み出しシステムの利点は、酵素が追加の増幅工程を提供することである。副次活性(例えば、Cas13a副次活性)により一旦アプタマーから解放されると、比色分析酵素は継続して比色分析産物を生成し、信号を増大させる。 In certain aspects, RNase activity is detected colorimetrically by cleavage of an enzyme-inhibiting aptamer. One possible mode of converting RNase activity into a colorimetric signal is to couple RNA aptamer cleavage with reactivation of the enzyme that can produce a colorimetric output. Absent RNA cleavage, the intact aptamer binds to the enzymatic target and inhibits its activity. The advantage of this readout system is that the enzyme provides an additional amplification step. Once released from the aptamer by a secondary activity (eg, a Casl3a secondary activity), the colorimetric enzyme continues to produce colorimetric product and increase signal.

特定の態様では、比色分析読み出しで酵素を阻害する既存のアプタマーが用いられる。トロンビン、タンパク質C、好中球エラスターゼ、およびスブチリシンなど、比色分析読み出しを持ついくつかのアプタマー/酵素対が存在する。これらプロテアーゼは、pNAに基づく比色基質を有しており、市販されている。特定の態様では、共通の比色分析酵素を標的する新規なアプタマーが用いられる。SELEXなどの選択方法によって設計されたアプタマーを操作することにより強固な一般的な酵素(例えば、β-ガラクトシダーゼ、セイヨウワサビペルオキシダーゼ、または仔ウシ腸アルカリホスファターゼ)を標的することができる。そのような方法により、ナノモル結合効率でアプタマーを素早く選択することがでる。またこのような方法は比色分析読み出しのためのさらなる酵素/アプタマー対の開発に用いることができる。 In certain aspects, existing aptamers that inhibit the enzyme with a colorimetric readout are used. There are several aptamer/enzyme pairs with colorimetric readouts, such as thrombin, protein C, neutrophil elastase, and subtilisin. These proteases have pNA-based colorimetric substrates and are commercially available. In certain embodiments, novel aptamers that target common colorimetric enzymes are used. Aptamers designed by selection methods such as SELEX can be engineered to target robust general enzymes (eg, β-galactosidase, horseradish peroxidase, or calf intestinal alkaline phosphatase). Such methods allow rapid selection of aptamers with nanomolar binding efficiencies. Such methods can also be used to develop additional enzyme/aptamer pairs for colorimetric readout.

特定の態様では、RNA分解酵素活性は、RNA結合阻害剤の切断により比色分析から検出される。多くの一般的な比色分析酵素は、競合性で可逆性の阻害剤を持っている。例えば、β-ガラクトシダーゼはガラクトースによって阻害され得る。これら阻害剤の多くは弱いものであるが、その効果は局所濃度が増加すると増加し得る。阻害剤の局所濃度とRNA分解酵素活性を結びつけることにより、比色分析酵素と阻害剤の対を操作によりRNA分解酵素センサーに導入することができる。小分子阻害剤に基づく比色分析RNA分解酵素センサーは、3つの成分、すなわち、比色分析酵素、阻害剤、および阻害剤と酵素の両方に共有結合して阻害剤を酵素に結合させる架橋RNAを含む。未切断の構成では、小分子の局所濃度が高まることで酵素は阻害される。RNAが(例えばCas13a副次切断により)切断されると、阻害剤が放出されて比色分析酵素が活性化される。 In certain aspects, RNase activity is detected colorimetrically by cleavage of the RNA binding inhibitor. Many common colorimetric enzymes have competitive and reversible inhibitors. For example, β-galactosidase can be inhibited by galactose. Although many of these inhibitors are weak, their effects can increase with increasing local concentration. By coupling the local concentration of inhibitor with the RNase activity, a pair of colorimetric enzyme and inhibitor can be engineered into the RNase sensor. A small-molecule inhibitor-based colorimetric RNase sensor consists of three components: a colorimetric enzyme, an inhibitor, and a bridging RNA that covalently binds both the inhibitor and the enzyme to bind the inhibitor to the enzyme. including. In the uncleaved configuration, the increased local concentration of the small molecule inhibits the enzyme. When the RNA is cleaved (eg, by Casl3a secondary cleavage), the inhibitor is released and the colorimetric enzyme is activated.

特定の態様では、RNA分解酵素活性は、グアニン四重鎖の形成および/または活性化により比色分析から検出される。DNAのグアニン四重鎖は、ヘム(鉄(III)-プロトポルフィリンIX)と結合して、ペルオキシダーゼ活性を持つDNA酵素を形成してもよい。ペルオキシダーゼ基質(例えば、ABTS:(2,2’-アジノビス[3-エチルベンゾチアゾライン-6-スルホン酸]二アンモニウム塩))と共に供給されると、グアニン四重鎖-ヘム複合体は過酸化水素の存在で基質を酸化させる。これにより溶液の色が緑色になる。DNA配列を形成する例示的なグアニン四重鎖は、GGGTAGGGCGGGTTGGGA(配列番号:415)である。RNA配列をこのDNAアプタマーにハイブリダイズすることで、グアニン四重鎖構造の形成が限定される。RNA分解酵素副次活性化(例えば、C2c2-複合体副次活性化)の際には、RNAの固定が切断されて、グアニン四重鎖が形成され、ヘムが結合することができる。この方法は、特に色形成が酵素によるものであり、RNA分解酵素活性化を超える追加の増幅があることを意味するので魅力的である。 In certain aspects, RNase activity is detected colorimetrically by guanine quadruplex formation and/or activation. Guanine quadruplexes of DNA may bind heme (iron(III)-protoporphyrin IX) to form a DNA enzyme with peroxidase activity. When supplied with a peroxidase substrate (eg, ABTS: (2,2′-azinobis[3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid] diammonium salt)), the guanine quadruplex-heme complex undergoes peroxidation. Oxidizes the substrate in the presence of hydrogen. This causes the color of the solution to turn green. An exemplary guanine quadruplex forming DNA sequence is GGGTAGGGCGGGTTGGGA (SEQ ID NO: 415). Hybridizing an RNA sequence to this DNA aptamer limits the formation of guanine quadruplex structures. Upon RNase subactivation (eg, C2c2-complex subactivation), the anchorage of RNA is cleaved to form guanine quadruplexes and heme can bind. This method is particularly attractive because color formation is enzymatic, implying that there is additional amplification beyond RNase activation.

特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物を個別の容積(さらに以下で規定される)内の固体基質に固定して、1つの試薬を隔離してもよい。例えば、試薬は、色素を含むビーズであってもよい。固定された試薬によって隔離されると、個々のビーズは検出可能な信号を生成できない程に分散されるが、マスキング構築物から放出されると、例えば凝集あるいは単に溶液濃度の上昇によって検出可能な信号を生成することができる。特定の例示的な実施形態では、固定されたマスキング因子は、標的分子が検出されると活性化したエフェクタータンパク質によって切断することができるRNA系アプタマーである。 In certain exemplary embodiments, masking constructs may be immobilized to solid substrates within discrete volumes (defined further below) to isolate one reagent. For example, a reagent may be a bead containing a dye. When isolated by the immobilized reagent, the individual beads are so dispersed that they cannot produce a detectable signal, but when released from the masking construct they produce a detectable signal, for example by agglutination or simply by increasing the concentration of the solution. can be generated. In certain exemplary embodiments, the immobilized masking factor is an RNA-based aptamer that can be cleaved by activated effector proteins upon detection of the target molecule.

特定の他の例示的な実施形態では、マスキング構築物は、溶液中の固定された試薬に結合して、これにより溶液中で遊離している個別の標識された結合相手に結合する試薬の能力を阻害する。従って、試料に洗浄工程を行う際、標的分子の非存在下で標識された結合相手を試料から洗い流してもよい。しかしながら、エフェクタータンパク質が活性化されると、マスキング構築物は、試薬に結合するマスキング構築物の能力を阻害するのに十分な程度に切断され、これによって標識された結合相手は固定された試薬に結合することができる。従って、標識された結合相手は洗浄工程後に残留しており、これは試料中に標的分子が存在することを示す。特定の側面では、固定された試薬に結合するマスキング構築物は、RNAアプタマーである。固定された試薬はタンパク質であってもよく、標識された結合相手は標識抗体であってもよい。あるいは、固定された試薬はストレプトアビジンであり、標識された結合相手は標識ビオチンであってもよい。上記の実施形態で用いられる結合相手の標識は、当該分野で知られた任意の検出可能な標識であってもよい。また、上記の全体設計によって他の既知の結合相手を用いてもよい。 In certain other exemplary embodiments, the masking construct binds to immobilized reagents in solution, thereby enhancing the ability of the reagents to bind to discrete labeled binding partners that are free in solution. impede. Thus, when the sample is subjected to a washing step, the labeled binding partner may be washed out of the sample in the absence of the target molecule. However, upon activation of the effector protein, the masking construct is cleaved sufficiently to inhibit the ability of the masking construct to bind the reagent, thereby binding the labeled binding partner to the immobilized reagent. be able to. Therefore, the labeled binding partner remained after the washing step, indicating the presence of the target molecule in the sample. In certain aspects, the masking construct that binds to the immobilized reagent is an RNA aptamer. The immobilized reagent may be a protein and the labeled binding partner may be a labeled antibody. Alternatively, the immobilized reagent can be streptavidin and the labeled binding partner can be labeled biotin. The binding partner label used in the above embodiments may be any detectable label known in the art. Other known binding partners may also be used with the overall design described above.

特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物はリボザイムを含んでいてもよい。リボザイムリボザイムは、触媒特性を持つRNA分子である。リボザイムは、天然に存在するものも人工的なものも、本明細書で開示されるエフェクタータンパク質によって標的されてもよいRNAを含む、あるいはそれからなる。リボザイムは、検出可能な陰性信号を生成する、あるいは陽性対照信号の生成を阻害するかのいずれかの反応を触媒するように選択あるいは操作されていてもよい。活性化されたエフェクタータンパク質分子によってリボザイムが失活すると、反応は、陰性対照信号を生成するか、検出可能な陽性信号の生成を阻害するものを除去して、これによって検出可能な陽性信号の検出を可能にする。一例示的な実施形態では、リボザイムは、比色反応を触媒して、溶液が第一の色になるようにしてもよい。リボザイムが失活すると、溶液は第二の色になり、第二の色が検出可能な陽性信号である。リボザイムを用いてどのように比色反応を触媒するかの一例が、Zhao et al. “Signal amplification of glucosamine-6-phosphate based on ribozyme glmS(リボザイムglmSに基づくグルコサミン-6-ホスファートの信号増幅),” Biosens Bioelectron. 2014; 16:337-42に記載されている。また、そのような系を修正して本明細書で開示される実施形態の文脈で作用させる例が示されている。あるいは、リボザイムは、存在する場合、例えばRNA転写物などの切断生成物を生成してもよい。従って、検出可能な陽性信号の検出は、リボザイムの非存在下でのみ生成された未切断RNA転写物の検出を含んでいてもよい。 In certain exemplary embodiments, a masking construct may comprise a ribozyme. Ribozymes Ribozymes are RNA molecules with catalytic properties. Ribozymes, whether naturally occurring or artificial, comprise or consist of RNA that may be targeted by the effector proteins disclosed herein. A ribozyme may be selected or engineered to catalyze a reaction that either produces a detectable negative signal or inhibits production of a positive control signal. Upon inactivation of the ribozyme by activated effector protein molecules, the reaction either produces a negative control signal or removes inhibitors to the production of a detectable positive signal, thereby detecting a detectable positive signal. enable In one exemplary embodiment, the ribozyme may catalyze a colorimetric reaction causing the solution to assume a first color. When the ribozyme is deactivated, the solution assumes a second color and the second color is a detectable positive signal. An example of how a ribozyme can be used to catalyze a colorimetric reaction is given by Zhao et al. "Signal amplification of glucosamine-6-phosphate based on ribozyme glmS," ” Biosens Bioelectron. 2014; 16:337-42. Also provided are examples of modifying such systems to work in the context of the embodiments disclosed herein. Alternatively, ribozymes may produce cleavage products, such as RNA transcripts, if present. Accordingly, detection of a detectable positive signal may include detection of uncleaved RNA transcripts produced only in the absence of the ribozyme.

一例示的な実施形態では、マスキング構築物は、溶液中に凝集しているか分散しているかによって色が変化する検出剤を含む。例えば、特定のナノ粒子(例えば、コロイド金)は、凝集体が分散粒子になるにつれてその色が目視で紫色から赤色に変化する。従って、特定の例示的な実施形態では、そのような検出剤は、1つ以上の架橋分子によって凝集体に担持されていてもよい。例えば、図43を参照のこと。架橋分子の少なくとも一部はRNAを含む。本明細書で開示されるエフェクタータンパク質が活性化されると、架橋分子のRNA一部が切断されて、検出剤が分散し、それに応じて色が変化する。例えば、図45を参照のこと。特定の例示的な実施形態では、架橋分子はRNA分子である。特定の例示的な実施形態では、検出剤はコロイド金属である。コロイド金属材料は、液体、ヒドロゾル、または金属ゾルに分散された水不溶性金属粒子または金属化合物を含んでいてもよい。コロイド状金属は、周期表のIA、IB、IIB、およびIIIB族金属、遷移金属、特にVIII族金属から選択されてもよい。好ましい金属は、金、銀、アルミニウム、ルテニウム、亜鉛、鉄、ニッケル、およびカルシウムが挙げられる。また、他の好適な金属は、以下の金属の様々な酸化状態の全てを含む:リチウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、銅、ガリウム、ストロンチウム、ニオブ、モリブデン、パラジウム、インジウム、スズ、タングステン、レニウム、白金、およびガドリニウム。これら金属は、適切な金属化合物から生成したイオン形態(例えば、Al3+,Ru3+、Zn2+,Fe3+、Ni2+、およびCa2+イオン)で提供されることが好ましい。 In one exemplary embodiment, the masking construct comprises a detection agent that changes color depending on whether it is aggregated or dispersed in solution. For example, certain nanoparticles (eg, colloidal gold) visually change their color from purple to red as aggregates become dispersed particles. Thus, in certain exemplary embodiments, such detection agents may be carried to aggregates by one or more bridging molecules. For example, see FIG. At least some of the bridging molecules comprise RNA. Upon activation of the effector proteins disclosed herein, the RNA portion of the bridging molecule is cleaved, dispersing the detection agent and resulting in a corresponding color change. For example, see FIG. In certain exemplary embodiments, the bridging molecule is an RNA molecule. In certain exemplary embodiments, the detection agent is a colloidal metal. Colloidal metal materials may comprise water-insoluble metal particles or metal compounds dispersed in a liquid, hydrosol, or metal sol. Colloidal metals may be selected from Group IA, IB, IIB, and IIIB metals, transition metals, especially Group VIII metals of the periodic table. Preferred metals include gold, silver, aluminum, ruthenium, zinc, iron, nickel, and calcium. Other suitable metals also include all of the various oxidation states of the following metals: lithium, sodium, magnesium, potassium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, cobalt, copper, gallium, strontium, niobium, molybdenum, palladium, indium, tin, tungsten, rhenium, platinum, and gadolinium. These metals are preferably provided in ionic form (eg, Al 3+ , Ru 3+ , Zn 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , and Ca 2+ ions) generated from suitable metal compounds.

RNA架橋が活性化されたCRISPRエフェクターによって切断されると、上記の色変化が観測される。特定の例示的な実施形態では、これら粒子はコロイド金属である。特定の他の例示的な実施形態では、コロイド金属はコロイド金である。特定の例示的な実施形態では、コロイドナノ粒子は15nmの金ナノ粒子(AuNP)である。コロイド金ナノ粒子に固有の表面性により、溶液中に完全に分散されて目視で赤色に見える時の最大吸光度は520nmで観察される。AuNPが凝集すると、最大吸光度は赤色に変化して、色が濃くなり、最終的には濃い紫色凝集体として溶液から析出する。特定の例示的な実施形態では、ナノ粒子は、ナノ粒子の表面から延びるDNAリンカーを含むように修飾されている。個々の粒子は、RNAの各末端をDNAリンカーの少なくとも一部にハイブリダイズする一本鎖RNA(ssRNA)架橋によって互いに結合されている。従って、ナノ粒子は、結合粒子および凝集体のウェブを形成しており、濃い色の析出物として現れる。本明細書で開示されるCRISPRエフェクターが活性化されると、ssRNA架橋が切断されて、結合メッシュからAuNPが放出されて目視で赤色になる。DNAリンカーとRNA架橋配列の例を以下に示す。AuNPに結合させる表面としてDNAリンカーの末端のチオールリンカーを用いてもよい。結合の他の形態を用いてもよい。特定の例示的な実施形態では、各DNAリンカーに対して1つになるように、2つのAuNP集団を生成してもよい。これは、適切な配向でssRNA架橋が適切に結合するのを容易にするのを補助する。特定の例示的な実施形態では、第一のDNAリンカーは3’末端に結合し、第二のDNAリンカーは5’末端に結合している。

Figure 2023052052000010
The above color change is observed when the RNA bridge is cleaved by an activated CRISPR effector. In certain exemplary embodiments, these particles are colloidal metals. In certain other exemplary embodiments, the colloidal metal is colloidal gold. In certain exemplary embodiments, the colloidal nanoparticles are 15 nm gold nanoparticles (AuNPs). Due to the inherent surface properties of colloidal gold nanoparticles, maximum absorbance is observed at 520 nm when fully dispersed in solution and visually red. As the AuNPs aggregate, the absorbance maximum changes to red, darkens in color, and finally precipitates out of solution as dark purple aggregates. In certain exemplary embodiments, nanoparticles are modified to include DNA linkers extending from the surface of the nanoparticles. Individual particles are bound together by single-stranded RNA (ssRNA) bridges that hybridize each end of the RNA to at least a portion of the DNA linker. The nanoparticles are thus forming a web of bound particles and agglomerates and appear as a dark precipitate. Upon activation of the CRISPR effectors disclosed herein, the ssRNA cross-links are cleaved, releasing the AuNPs from the binding mesh and making them visually red. Examples of DNA linkers and RNA bridging sequences are shown below. A thiol linker at the end of the DNA linker may be used as a surface to bind AuNPs. Other forms of attachment may be used. In certain exemplary embodiments, two AuNP populations may be generated, one for each DNA linker. This helps facilitate proper binding of the ssRNA bridges in proper orientation. In certain exemplary embodiments, the first DNA linker is attached to the 3' end and the second DNA linker is attached to the 5' end.
Figure 2023052052000010

態様によっては、核酸標的系の1つ以上の要素は、内因性CRISPR RNA標的系を含む特定の生物に由来する。特定の態様では、CRISPR RNA標的システムはユウバクテリウムおよびルミノコッカスに見られる。特定の態様では、エフェクタータンパク質は、標的されたRNA切断活性と副次ssRNA切断活性を含む。特定の態様では、エフェクタータンパク質は2つのHEPNドメインを含む。特定の態様では、エフェクタータンパク質は、Cas13aのHelical-1ドメインの相手を欠いている。特定の態様では、エフェクタータンパク質は、上記の(大きさの中心値が928アミノ酸(aa))クラス2のCRISPRエフェクターよりも小さい。この大きさの中心値は190aa(17%)であってCas13cの中心値より小さく、200aa(18%)超であってCas13bの中心値よりも小さく、また300aa(26%)超であってCas13aの中心値よりも小さい。特定の態様では、エフェクタータンパク質には隣接配列(例えば、PFS、PAM)に関する要件がない。 In some embodiments, one or more elements of the nucleic acid targeting system are derived from a particular organism, including endogenous CRISPR RNA targeting systems. In particular embodiments, the CRISPR RNA targeting system is found in Eubacterium and Ruminococcus. In certain aspects, the effector protein comprises a targeted RNA cleaving activity and a secondary ssRNA cleaving activity. In certain aspects, the effector protein comprises two HEPN domains. In certain aspects, the effector protein lacks a partner in the Helical-1 domain of Casl3a. In a particular aspect, the effector protein is smaller than the Class 2 CRISPR effector described above (median size of 928 amino acids (aa)). The median value of this magnitude was 190 aa (17%) less than the median value of Cas13c, greater than 200 aa (18%) less than the median value of Cas13b, and greater than 300 aa (26%) less than the median value of Cas13a smaller than the central value of In certain aspects, the effector protein has no requirement for flanking sequences (eg, PFS, PAM).

特定の態様では、エフェクタータンパク質座位構造は、補助タンパク質を含むWYLドメインを含む(補助タンパク質は、これらドメインの由来が同定された群で保存された3つのアミノ酸の後ろに示されている。例えば、WYLドメインIPR026881を参照のこと)。特定の態様では、WYLドメイン補助タンパク質は、少なくとも1個のヘリックスターンヘリックス(HTH)またはリボンヘリックスヘリックス(RHH)DNA結合ドメインを含む。特定の態様では、補助タンパク質を含むWYLドメインは、RNA標的エフェクタータンパク質の標的されたRNA切断活性と副次ssRNA切断活性の両方を高める。特定の態様では、補助タンパク質を含むWYLドメインは、N末端RHHドメインと、一次保存された疎水性残基のパターン(元のWYLモチーフに対応する不変のチロシン-ロイシン二重項を含む)を含む。特定の態様では、補助タンパク質を含むWYLドメインはWYL1である。WYL1は、ルミノコッカスと一次的に関連付けられる1つのWYLドメインタンパク質である。 In certain aspects, the effector protein locus structure comprises a WYL domain containing accessory proteins (the accessory proteins are indicated after the three conserved amino acids in the groups from which these domains were identified; e.g., See WYL domain IPR026881). In certain aspects, the WYL domain accessory protein comprises at least one helix-turn-helix (HTH) or ribbon-helix-helix (RHH) DNA binding domain. In certain aspects, the WYL domain containing accessory protein enhances both the targeted RNA cleaving activity and the secondary ssRNA cleaving activity of the RNA target effector protein. In certain aspects, the WYL domain containing the accessory protein comprises an N-terminal RHH domain and a primary conserved pattern of hydrophobic residues, including an invariant tyrosine-leucine doublet corresponding to the original WYL motif. . In a particular aspect, the WYL domain containing accessory protein is WYL1. WYL1 is a single WYL domain protein that is primarily associated with Ruminococcus.

他の例示的な実施形態では、VI型RNA標的Cas酵素はCas13dである。特定の態様では、Cas13dはユウバクテリウム・シラエウムDSM 15702 (EsCas13d)またはルミノコッカスN15.MGS-57種 (RspCas13d)(例えば、Yan et al., Cas13d Is a Compact RNA-Targeting Type VI CRISPR Effector Positively Modulated by a WYL-Domain-Containing Accessory Protein, Molecular Cell (2018), doi.org/10.1016/j.molcel.2018.02.028を参照のこと)。RspCas13dおよびEsCas13dには隣接配列(例えば、PFS、PAM)に関する要件がない。 In another exemplary embodiment, the Type VI RNA-targeted Cas enzyme is Casl3d. In certain embodiments, Cas13d is Eubacterium silaeum DSM 15702 (EsCas13d) or Ruminococcus N15.MGS-57 sp. (RspCas13d) (e.g., Yan et al., Cas13d Is a Compact RNA-Targeting Type VI CRISPR Effector Positively Modulated by a WYL-Domain-Containing Accessory Protein, Molecular Cell (2018), doi.org/10.1016/j.molcel.2018.02.028). RspCasl3d and EsCasl3d have no requirements for flanking sequences (eg PFS, PAM).

特定の他の例示的な実施形態では、マスキング構築物は、検出可能な標識および検出可能な標識のマスキング因子が付加されたRNAオリゴヌクレオチドを含んでいてもよい。そのような検出可能な標識/マスキング因子対の例は、蛍光色素分子とその蛍光色素分子のクエンチャーである。蛍光色素分子と他の蛍光色素分子または非蛍光分子とで非蛍光複合体が形成された結果、蛍光色素分子の消光が生じ得る。この反応機構は、基底状態複合体形成、静的消光、または接触消光として知られている。従って、RNAオリゴヌクレオチドは、接触消光が生じるよう蛍光色素分子とクエンチャーが十分に近接しているように設計されてもよい。蛍光色素分子とその関連したクエンチャーは当該分野で知られており、この目的のために一般の当業者によって選択されてもよい。蛍光色素分子/クエンチャー対の選択により蛍光色素分子が確実にマスキングされること以外は、特定の蛍光色素分子/クエンチャー対は本発明の文脈では重要ではない。本明細書で開示されるエフェクタータンパク質が活性化されると、RNAオリゴヌクレオチドは切断されて、接触消光効果を維持するのに必要な蛍光色素分子とクエンチャーの近接性を断ち切る。従って、蛍光色素分子の検出を用いて試料中の標的分子の存在を決定してもよい。 In certain other exemplary embodiments, a masking construct may comprise an RNA oligonucleotide to which a detectable label and a detectable-label masking agent are attached. An example of such a detectable label/masking agent pair is a fluorophore and a quencher for that fluorophore. Quenching of the fluorophore can occur as a result of the formation of non-fluorescent complexes between the fluorophore and other fluorophores or non-fluorescent molecules. This reaction mechanism is known as ground-state complexation, static quenching, or catalytic quenching. Thus, RNA oligonucleotides may be designed such that the fluorophore and the quencher are in sufficient proximity for contact quenching to occur. Fluorophores and their associated quenchers are known in the art and may be selected by one of ordinary skill in the art for this purpose. The particular fluorophore/quencher pair is not critical in the context of the present invention, except that the choice of fluorophore/quencher pair ensures that the fluorophore is masked. Upon activation of the effector proteins disclosed herein, the RNA oligonucleotide is cleaved, breaking the proximity of the fluorophore and quencher required to maintain the contact quenching effect. Thus, detection of fluorophores may be used to determine the presence of target molecules in a sample.

特定の他の例示的な実施形態では、マスキング構築物は、1個以上の金属ナノ粒子(例えば、金ナノ粒子)が付加された1個以上のRNAオリゴヌクレオチドを含んでいてもよい。態様によっては、マスキング構築物は、閉ループを形成する複数のRNAオリゴヌクレオチドにより架橋された複数の金属ナノ粒子を含む。一態様では、マスキング構築物は、閉ループを形成する3個のRNAオリゴヌクレオチドにより架橋された3個の金ナノ粒子を含む。態様によっては、CRISPRエフェクタータンパク質によってRNAオリゴヌクレオチドが切断されると、金属ナノ粒子により検出可能な信号が生成される。 In certain other exemplary embodiments, a masking construct may comprise one or more RNA oligonucleotides appended with one or more metal nanoparticles (eg, gold nanoparticles). In some variations, the masking construct comprises a plurality of metal nanoparticles crosslinked by a plurality of RNA oligonucleotides forming closed loops. In one aspect, the masking construct comprises 3 gold nanoparticles bridged by 3 RNA oligonucleotides forming a closed loop. In some embodiments, the metal nanoparticles produce a detectable signal upon cleavage of the RNA oligonucleotide by the CRISPR effector protein.

特定の他の例示的な実施形態では、マスキング構築物は、1個以上の量子ドットが付加された1個以上のRNAオリゴヌクレオチドを含んでいてもよい。態様によっては、CRISPRエフェクタータンパク質によってRNAオリゴヌクレオチドが切断されると、量子ドットにより検出可能な信号が生成される。 In certain other exemplary embodiments, a masking construct may comprise one or more RNA oligonucleotides to which one or more quantum dots are attached. In some embodiments, the quantum dots produce a detectable signal upon cleavage of the RNA oligonucleotide by the CRISPR effector protein.

一例示的な実施形態では、マスキング構築物は量子ドットを含んでいてもよい。量子ドットは、その表面に複数のリンカー分子が付加されていてもよい。リンカー分子の少なくとも一部はRNAを含む。量子ドットの消光が生じるようにクエンチャーを十分に近接して維持するように、リンカー分子はその一端が量子ドットに付加されており、リンカーの長さに沿って、あるいはその末端には1つ以上のクエンチャーが付加されている。リンカーは分岐していてもよい。上記のように、量子ドット/クエンチャー対によって蛍光色素分子が確実にマスキングされること以外は、量子ドット/クエンチャー対は重要でない。量子ドットおよびその関連するクエンチャーは、当該分野で知られており、この目的のために一般の当業者によって選択されてもよい。本明細書で開示されるエフェクタータンパク質が活性化されると、リンカー分子のRNA部分が切断されて、これにより消光効果を維持するのに必要な量子ドットと1つ以上のクエンチャーとの近接性を排除する。特定の例示的な実施形態では、量子ドットはストレプトアビジンと結合している。RNAはビオチンリンカーを介して付加されて、配列/5Biosg/UCUCGUACGUUC/3IAbRQSp/(配列番号416)または/5Biosg/UCUCGUACGUUCUCUCGUACGUUC/3IAbRQSp/(配列番号417)(ここで/5Biosg/はビオチンタグであり、/3lAbRQSp/はIowa Blackクエンチャーである)と共に消光分子を動員する。本明細書で開示される活性化エフェクターにより切断されると、量子ドットは目に見える蛍光を発する。 In one exemplary embodiment, the masking constructs may include quantum dots. A quantum dot may have a plurality of linker molecules attached to its surface. At least a portion of the linker molecule comprises RNA. A linker molecule is attached at one end to the quantum dot and one at either end along the length of the linker or at its end to keep the quenchers in close enough proximity for quantum dot quenching to occur. quencher is added. A linker may be branched. As noted above, the quantum dot/quencher pair is not critical other than ensuring that the fluorophore is masked by the quantum dot/quencher pair. Quantum dots and their associated quenchers are known in the art and may be selected by one of ordinary skill in the art for this purpose. Upon activation of the effector proteins disclosed herein, the RNA portion of the linker molecule is cleaved, thereby maintaining the necessary proximity of the quantum dot to one or more quenchers to maintain the quenching effect. Eliminate. In certain exemplary embodiments, the quantum dots are conjugated with streptavidin. The RNA was attached via a biotin linker to give the sequence /5Biosg/UCUCGUACGUUC/3IAbRQSp/ (SEQ ID NO: 416) or /5Biosg/UCUCGUACGUUCUCUCGUACGUUC/3IAbRQSp/ (SEQ ID NO: 417) (where /5Biosg/ is the biotin tag and / 31AbRQSp/ is an Iowa Black quencher) to recruit the quencher molecule. When cleaved by the activating effectors disclosed herein, the quantum dots emit visible fluorescence.

同様に、フェルスター共鳴エネルギー転移(Forster resonance energy transfer, FRET)を用いて検出可能な陽性信号を生成してもよい。FRETは、エネルギーによって励起した蛍光色素分子(すなわち「供与体蛍光色素分子」)からの光子が他の分子(すなわち「受容体」)の電子のエネルギー状態をより高い振動レベルの励起した一重項状態まで上げる非放射性の過程である。供与体蛍光色素分子は、その蛍光色素分子に特徴的な蛍光を放出することなく基底状態に戻る。受容体は、他の蛍光色素分子または非蛍光分子であってもよい。受容体が蛍光色素分子である場合は、移動エネルギーはその蛍光色素分子に特徴的な蛍光として発せられる。受容体が非蛍光分子である場合は、吸収エネルギーが熱として失われる。従って、本明細書で開示される実施形態の文脈で、蛍光色素分子/クエンチャー対は、オリゴヌクレオチド分子に付加された供与体蛍光色素分子/受容体対と置き換えられる。無傷である場合、マスキング構築物は、受容体から発せられる蛍光あるいは熱として検出される第一の信号(検出可能な陰性信号)を生成する。本明細書で開示されるエフェクタータンパク質が活性化されると、RNAオリゴヌクレオチドは切断されて、FRETが阻害され、供与体蛍光色素分子の蛍光が(検出可能な陽性信号として)検出されるようになる。 Similarly, Forster resonance energy transfer (FRET) may be used to generate a detectable positive signal. FRET occurs when a photon from an energy-excited fluorophore (i.e., the "donor fluorophore") shifts the electronic energy state of another molecule (i.e., the "acceptor") to an excited singlet state at a higher vibrational level. It is a non-radiative process that raises The donor fluorophore returns to the ground state without emitting fluorescence characteristic of that fluorophore. Receptors may be other fluorophores or non-fluorescent molecules. If the acceptor is a fluorophore, the transferred energy is emitted as fluorescence characteristic of that fluorophore. If the acceptor is a non-fluorescent molecule, the absorbed energy is lost as heat. Thus, in the context of the embodiments disclosed herein, a fluorophore/quencher pair is replaced with a donor fluorophore/acceptor pair attached to an oligonucleotide molecule. When intact, the masking construct produces a first signal (detectable negative signal) that is detected as fluorescence or heat emitted from the receptor. Upon activation of the effector proteins disclosed herein, the RNA oligonucleotide is cleaved such that FRET is inhibited and the fluorescence of the donor fluorophore is detected (as a detectable positive signal). Become.

特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物は、長いRNAが短いヌクレオチドに切断されるのに応答してその吸光度が変化する挿入色素の使用を含む。そのような色素がいくつか存在する。例えば、ピロニン-YはRNAと結合して、吸光度が572nmの複合体を形成する。このRNAが切断されると吸光度が失われて、色が変わる。メチレンブルーを同様に用いてもよい。メチレンブルーは、RNAが切断されると吸光度688nmで変化する。従って、特定の例示的な実施形態では、マスキング構築物は、RNA、および本明細書で開示されるエフェクタータンパク質によってRNAが切断されると吸光度が変化する挿入色素複合体を含む。

増幅
In certain exemplary embodiments, masking constructs involve the use of intercalating dyes whose absorbance changes in response to the cleavage of long RNAs into short nucleotides. Several such dyes exist. For example, pyronine-Y binds to RNA to form a complex with an absorbance of 572 nm. When this RNA is cleaved, it loses absorbance and changes color. Methylene blue may be used as well. Methylene blue changes absorbance at 688 nm when RNA is cleaved. Thus, in certain exemplary embodiments, a masking construct comprises RNA and an intercalating dye conjugate that changes absorbance upon cleavage of the RNA by an effector protein disclosed herein.

amplification

特定の例示的な実施形態では、CRISPRエフェクタータンパク質を活性化する前に標的RNAおよび/またはDNAを増幅してもよい。任意の好適なRNAまたはDNA増幅技術を用いてもよい。特定の例示的な実施形態では、RNAまたはDNA増幅は等温増幅である。特定の例示的な実施形態では、等温増幅は、核酸配列増幅(NASBA)、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)、ループ介在等温増幅(LAMP)、鎖置換増幅(SDA)、ヘリカーゼ依存性増幅(HDA)、またはニッキング酵素増幅反応(NEAR)であってもよい。特定の例示的な実施形態では、非等温増幅法を用いてもよく、これらに限定されないが、PCR、多置換増幅(MDA)、ローリングサークル増幅(RCA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、または分岐増幅法(RAM)が挙げられる。 In certain exemplary embodiments, target RNA and/or DNA may be amplified prior to activating the CRISPR effector protein. Any suitable RNA or DNA amplification technique may be used. In certain exemplary embodiments, the RNA or DNA amplification is isothermal. In certain exemplary embodiments, the isothermal amplification is nucleic acid sequence amplification (NASBA), recombinase polymerase amplification (RPA), loop-mediated isothermal amplification (LAMP), strand displacement amplification (SDA), helicase dependent amplification (HDA), Or it may be a nicking enzyme amplification reaction (NEAR). In certain exemplary embodiments, non-isothermal amplification methods may be used, including but not limited to PCR, multiple displacement amplification (MDA), rolling circle amplification (RCA), ligase chain reaction (LCR), or branching. amplification method (RAM).

特定の例示的な実施形態では、RNAまたはDNA増幅は、核酸配列増幅(NASBA)であり、配列に特異的な逆方向プライマーによる標的RNAの逆転写を開始してRNA/DNA二本鎖を作製する。次いで、RNA分解酵素Hを用いてRNA鋳型を分解し、プロモーター(例えば、T7プロモーター)を含む順方向プライマーを結合させて、相補鎖の伸長を開始し、二本鎖DNA生成物を生成する。次いで、DNA鋳型のRNAポリメラーゼプロモーター媒介転写により、標的RNA配列のコピーが作製される。重要なのは、ガイドRNAによって新たな標的RNAのそれぞれを検出することができ、これにより、さらにアッセイの感度を高めることができることである。ガイドRNAによって標的RNAが結合すると、CRISPRエフェクタータンパク質が活性化されて、上で概略を示した方法が進行する。NASBA反応は、さらに穏やかな等温条件(例えば、約41℃)で進行することができるという利点を有し、当該分野で、また臨床実験室から離れた場所で初期の直接検出に配置されるシステムおよび装置に好適になっている。 In certain exemplary embodiments, the RNA or DNA amplification is Nucleic Acid Sequence Amplification (NASBA), which initiates reverse transcription of target RNA by a sequence-specific reverse primer to create RNA/DNA duplexes. do. RNase H is then used to degrade the RNA template and bind a forward primer containing a promoter (eg, the T7 promoter) to initiate elongation of the complementary strand and generate a double-stranded DNA product. Copies of the target RNA sequence are then made by RNA polymerase promoter-mediated transcription of the DNA template. Importantly, the guide RNA allows detection of each new target RNA, which further increases the sensitivity of the assay. Binding of the target RNA by the guide RNA activates the CRISPR effector protein to proceed with the process outlined above. The NASBA reaction has the advantage of being able to proceed in more mild isothermal conditions (e.g., about 41° C.), making the system deployed for early direct detection in the field and away from clinical laboratories. and devices.

特定の他の例示的な実施形態では、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)反応を用いて標的核酸を増幅してもよい。RPA反応は、配列に特異的なプライマーを二本鎖DNAの相同性配列と対にすることができるリコンビナーゼを用いる。標的DNAが存在すると、DNA増幅が開始され、熱サイクリングまたは化学融解など他の試料操作は必要ではない。RPA増幅系全体は乾燥配合物として安定しており、冷蔵せずに安全に輸送することができる。RPA反応はまた、37~42℃の最適反応温度での等温条件で行ってもよい。配列に特異的なプライマーは、検出対象の標的核酸配列を含む配列を増幅するように設計されている。特定の例示的な実施形態では、RNAポリメラーゼプロモーター(例えば、T7プロモーター)がプライマーの1つに付加されている。これにより、標的配列およびRNAポリメラーゼプロモーターを含む増幅された二本鎖DNA生成物が得られる。RPA反応の後またはその最中にRNAポリメラーゼを加えると、二本鎖DNA鋳型からRNAが生成される。次いで、増幅された標的RNAをCRISPRエフェクター系により検出してもよい。このように、本明細書で開示される実施形態を用いて標的DNAを検出してもよい。RPA反応を用いて標的RNAを増幅してもよい。標的RNAをまず逆転写酵素を用いてcDNAに変換し、第二の鎖DNA合成を行う。この時、上で概略を示したRPA反応が進行する。 In certain other exemplary embodiments, a recombinase polymerase amplification (RPA) reaction may be used to amplify the target nucleic acid. The RPA reaction uses a recombinase that can pair sequence-specific primers with homologous sequences on double-stranded DNA. The presence of target DNA initiates DNA amplification and no other sample manipulation such as thermal cycling or chemical lysis is required. The entire RPA amplification system is stable as a dry formulation and can be safely shipped without refrigeration. The RPA reaction may also be carried out under isothermal conditions with an optimum reaction temperature of 37-42°C. Sequence-specific primers are designed to amplify sequences containing the target nucleic acid sequence to be detected. In certain exemplary embodiments, an RNA polymerase promoter (eg, T7 promoter) is added to one of the primers. This results in an amplified double-stranded DNA product containing the target sequence and the RNA polymerase promoter. Addition of RNA polymerase after or during the RPA reaction produces RNA from the double-stranded DNA template. Amplified target RNA may then be detected by a CRISPR effector system. Thus, the embodiments disclosed herein may be used to detect target DNA. An RPA reaction may be used to amplify the target RNA. The target RNA is first converted to cDNA using reverse transcriptase, followed by second strand DNA synthesis. At this time, the RPA reaction outlined above proceeds.

従って、特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される系は増幅試薬を含んでいてもよい。核酸の増幅に有用な異なる成分または試薬は本明細書で記載されている。例えば、本明細書で記載する増幅試薬は、トリス緩衝液などの緩衝液を含んでいてもよい。トリス緩衝液を所望の応用または使用に適切な任意の濃度で用いてもよい。そのような濃度としては、これらに限定されないが、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM、7mM、8mM、9mM、10mM、11mM、12mM、13mM、14mM、15mM、25mM、50mM、75mM、1Mなどが挙げられる。当業者であれば、本発明と併用するトリスなどの緩衝液の適切な濃度を決定することができる。 Thus, in certain exemplary embodiments, the systems disclosed herein may include amplification reagents. Different components or reagents useful for nucleic acid amplification are described herein. For example, the amplification reagents described herein may include a buffer such as Tris buffer. Tris buffer may be used at any concentration suitable for the desired application or use. Such concentrations include, but are not limited to, 1 mM, 2 mM, 3 mM, 4 mM, 5 mM, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, 10 mM, 11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM, 15 mM, 25 mM, 50 mM, 75 mM, 1 M etc. One skilled in the art can determine the appropriate concentration of buffers, such as Tris, for use with the present invention.

核酸断片の増幅を向上させるため、PCRなどの増幅反応に塩化マグネシウム(MgCl)、塩化カリウム(KCl)、または塩化ナトリウム(NaCl)などの塩を含めてもよい。塩の濃度は特定の反応および応用によって変化するが、実施形態によっては、特定の大きさの核酸断片は特定の塩濃度で最適な結果をもたらすことがある。所望の結果を得るため、大きな生成物は塩濃度を変更する、典型的には塩濃度を下げることが必要な場合がある。一方、小さい生成物の増幅では、塩濃度が高いほうがよりよい結果を得られる。当業者には自明であるが、塩の存在および/または濃度は、塩濃度の変化に沿って生物学的反応または化学反応の厳密さを変える場合があり、従って、本発明および本明細書で記載する反応に適切な条件をもたらす任意の塩を用いてもよい。 Salts such as magnesium chloride (MgCl 2 ), potassium chloride (KCl), or sodium chloride (NaCl) may be included in amplification reactions such as PCR to improve amplification of nucleic acid fragments. Salt concentrations will vary with the particular reaction and application, but in some embodiments, particular sized nucleic acid fragments may provide optimal results at particular salt concentrations. Larger products may require a change in salt concentration, typically a lower salt concentration, to achieve the desired result. On the other hand, for amplification of small products, higher salt concentrations give better results. As will be appreciated by those skilled in the art, the presence and/or concentration of salt may alter the stringency of a biological or chemical reaction along with changes in salt concentration, thus the present invention and herein Any salt that provides suitable conditions for the described reactions may be used.

生物学的反応または化学反応の他の成分は、細胞内の材料の分析のために細胞を壊して開けるすなわち溶解させるための細胞溶解成分を含んでいてもよい。細胞溶解成分は、これらに限定されないが、洗剤、上記の塩(例えば、NaCl、KCl、硫酸アンモニウム[(NHSO]、またはその他)を含む。本発明に適切であり得る洗剤は、トリトンX-100、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、CHAPS(3-[(3-コールアミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホナート)、臭化エチルトリメチルアンモニウム、ノニルフェノキシポリエトキシルエタノール(NP-40)を含んでいてもよい。洗剤の濃度は特定の応用によって変化してもよく、場合によっては反応に特異的であってもよい。増幅反応は本発明に適切な任意の濃度で用いられるdNTPおよび核酸プライマーを含んでいてもよい。そのような濃度としては、これらに限定されないが、100nM、150nM、200nM、250nM、300nM、350nM、400nM、450nM、500nM、550nM、600nM、650nM、700nM、750nM、800nM、850nM、900nM、950nM、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM、7mM、8mM、9mM、10mM、20mM、30mM、40mM、50mM、60mM、70mM、80mM、90mM、100mM、150mM、200mM、250mM、300mM、350mM、400mM、450mM、500mMなどが挙げられる。同様に、本発明による有用なポリメラーゼは、当該分野で知られており本発明に有用な任意の特定のポリメラーゼあるいは汎用ポリメラーゼを用いてもよい。そのようなポリメラーゼとしてはTaqポリメラーゼ、Q5ポリメラーゼなどが挙げられる。 Other components of a biological or chemical reaction may include a cell lysing component to break open or lyse cells for analysis of intracellular material. Cell lysing components include, but are not limited to, detergents, salts of the above (eg, NaCl, KCl, ammonium sulfate [( NH4 ) 2SO4 ], or others). Detergents that may be suitable for the present invention are Triton X-100, sodium dodecyl sulfate (SDS), CHAPS (3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate), ethyltrimethyl bromide Ammonium, nonylphenoxypolyethoxylethanol (NP-40) may be included. Detergent concentrations may vary depending on the particular application and may be reaction specific in some cases. Amplification reactions may contain dNTPs and nucleic acid primers used at any concentration suitable for the present invention. Such concentrations include, but are not limited to, 100 nM, 150 nM, 200 nM, 250 nM, 300 nM, 350 nM, 400 nM, 450 nM, 500 nM, 550 nM, 600 nM, 650 nM, 700 nM, 750 nM, 800 nM, 850 nM, 900 nM, 950 nM, 1 mM ,2 mM,3 mM,4 mM,5 mM,6 mM,7 mM,8 mM,9 mM,10 mM,20 mM,30 mM,40 mM,50 mM,60 mM,70 mM,80 mM,90 mM,100 mM,150 mM,200 mM,250 mM,300 mM,350 mM,400 mM,450 mM , 500 mM, and the like. Similarly, polymerases useful according to the invention may be any specific or universal polymerase known in the art and useful for the invention. Such polymerases include Taq polymerase, Q5 polymerase, and the like.

態様によっては、本明細書で記載する増幅試薬はホットスタート増幅に用いるのに適切な場合がある。ホットスタート増幅は、実施形態によっては、アダプター分子はオリゴの二量化を低減あるいは排除する、あるいはそうでなければ望ましくない増幅産物または人工物を防ぐ、あるいは所望の生成物の最適な増幅を得るのに有用である場合がある。増幅に用いる本明細書で記載する多くの成分はまた、ホットスタート増幅に用いてもよい。態様によっては、1種以上の適切な組成成分の代わりにホットスタート増幅に用いるのに適切な試薬または成分を用いてもよい。例えば、特定の温度または他の反応条件で所望の活性を示すポリメラーゼまたは他の試薬を用いてもよい。態様によっては、ホットスタート増幅に用いるように設計または最適化された試薬を用いてもよい。例えば、ポリメラーゼは、転位後あるいは特定の温度に達した後に活性化されてもよい。そのようなポリメラーゼは抗体系またはアプタマー系であってもよい。本明細書で記載するポリメラーゼは当該分野で知られている。そのような試薬の例としては、これらに限定されないが、ホットスタートポリメラーゼ、ホットスタートデオキシヌクレオシド三リン酸(dNTP)、および光ケージ化dNTPを含んでいてもよい。そのような試薬は当該分野で知られており、入手可能である。当業者であれば、個々の試薬に適切な最適温度を決定することができる。 In some embodiments, the amplification reagents described herein may be suitable for use in hot-start amplification. Hot-start amplification, in some embodiments, allows adapter molecules to reduce or eliminate oligo dimerization, or otherwise prevent unwanted amplification products or artifacts, or obtain optimal amplification of desired products. may be useful for Many of the components described herein used for amplification may also be used for hot start amplification. In some embodiments, reagents or components suitable for use in hot start amplification may be substituted for one or more of the suitable compositional components. For example, polymerases or other reagents that exhibit the desired activity at specific temperatures or other reaction conditions may be used. In some embodiments, reagents designed or optimized for use in hot start amplification may be used. For example, a polymerase may be activated after transposition or after reaching a certain temperature. Such polymerases may be antibody-based or aptamer-based. The polymerases described herein are known in the art. Examples of such reagents may include, but are not limited to, hot-start polymerases, hot-start deoxynucleoside triphosphates (dNTPs), and photocaged dNTPs. Such reagents are known in the art and available. A person skilled in the art can determine the optimum temperature suitable for individual reagents.

特定の熱サイクル機構または装置を用いて核酸を増幅してもよく、また、単一の反応で行ってもよく、任意の所望の数の反応を同時に行うように大量に行ってもよい。態様によっては、マイクロ流体装置またはロボット装置を用いて増幅を行ってもよく、あるいは所望の増幅が達成されるように手動で温度を変化させて行ってもよい。態様によっては、最適化を行って特定の応用または材料に最適な反応条件を得てもよい。当業者には自明であるように、十分な増幅を得るための反応条件を最適化することができる。 Nucleic acids may be amplified using a particular thermocycling mechanism or apparatus and may be performed in a single reaction or in bulk such that any desired number of reactions are performed simultaneously. In some embodiments, amplification may be performed using a microfluidic or robotic device, or manually by varying the temperature to achieve the desired amplification. In some embodiments, optimization may be performed to obtain optimal reaction conditions for a particular application or material. Reaction conditions can be optimized to obtain sufficient amplification, as will be apparent to those skilled in the art.

特定の態様では、本発明の方法またはシステムによるDNAの検出は、検出の前に(増幅した)DNAをRNAに転写する必要がある。

標的RNA/DNAの濃縮
In certain aspects, detection of DNA by methods or systems of the invention requires transcription of the (amplified) DNA into RNA prior to detection.

Enrichment of target RNA/DNA

特定の例示的な実施形態では、標的RNAまたはDNAの検出または増幅の前にまず、標的RNAまたはDNAを濃縮してもよい。特定の例示的な実施形態では、この濃縮はCRISPRエフェクター系による標的核酸の結合により達成されてもよい。 In certain exemplary embodiments, the target RNA or DNA may first be enriched prior to detection or amplification of the target RNA or DNA. In certain exemplary embodiments, this enrichment may be achieved by binding of target nucleic acids by CRISPR effector systems.

現在の標的に特異的な濃縮試験規約では、プローブでのハイブリダイゼーションの前に一本鎖核酸が必要である。様々な利点のうち、本実施形態はこの工程をなくして、直接二本鎖DNA(二本鎖の一部あるいは全部)に標的することができる。また、本明細書で開示される実施形態は、酵素駆動による標的法であり、より速い動力学とより簡単なワークフローを提供して等温濃縮を可能にする。特定の例示的な実施形態では、濃縮は20~37℃で生じる場合がある。特定の例示的な実施形態では、1回のアッセイで異なる標的核酸に対して1組のガイドRNAを用いて、複数の標的の検出および/または1つの標的の中の複数の多様体の検出を行うことができる。 Current target-specific enrichment test protocols require single-stranded nucleic acids prior to hybridization with probes. Among other advantages, this embodiment can eliminate this step and directly target double-stranded DNA (part or all of the double strand). Also, embodiments disclosed herein are enzyme-driven targeted methods that provide faster kinetics and simpler workflows to enable isothermal enrichment. In certain exemplary embodiments, concentration may occur at 20-37°C. Certain exemplary embodiments use a set of guide RNAs against different target nucleic acids in a single assay to detect multiple targets and/or multiple variants within a single target. It can be carried out.

特定の例示的な実施形態では、死CRISPRエフェクタータンパク質を溶液中の標的核酸に結合させて、次いでその溶液から単離してもよい。例えば、死CRISPRエフェクタータンパク質に特異的に結合する抗体または他の分子(例えば、アプタマー)を用いて、標的核酸に結合した死CRISPRエフェクタータンパク質を溶液から単離してもよい。 In certain exemplary embodiments, death CRISPR effector proteins may be allowed to bind to target nucleic acids in solution and then isolated from the solution. For example, an antibody or other molecule (eg, an aptamer) that specifically binds to the death CRISPR effector protein may be used to isolate the death CRISPR effector protein bound to the target nucleic acid from solution.

他の例示的な実施形態では、死CRISPRエフェクタータンパク質は固体基質に結合していてもよい。固定した基質は、ポリペプチドまたはポリヌクレオチドを付加するのに適切であるか、そのように修飾された任意の材料を指す場合がある。可能性のある基質としては、これらに限定されないが、ガラスおよび修飾機能ガラス、プラスチック(アクリル、ポリスチレン、およびスチレンおよび他の材料の共重合体、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリウレタン、テフロン(登録商標)等を含む)、多糖、ナイロン、ニトロセルロース、セラミック、樹脂、シリカ、ケイ素および修飾ケイ素を含むシリカ系材料、炭素、金属、無機ガラス、プラスチック、光学繊維束、および様々な他の重合体が挙げられる。態様によっては、固体の支持体は、規則的に並んだパターンで分子を固定するのに好適なパターン付き表面を含む。特定の実施形態では、パターン付き表面は、固体の支持体の露出層内またはそれに接した異なる領域の配列を言う。態様によっては、固体の支持体は、表面のウェルすなわち凹みの配列を含む。固体の支持体の組成および形状はその用途によって異なってもいてもよい。態様によっては、固体の支持体は、スライド、チップマイクロチップ、および/またはアレイなど平面構造である。従って、基質の表面は平面層の形態であってもよい。態様によっては、固体の支持体は、フローセルの1つ以上の表面を含む。本明細書で用いられる用語「フローセル」は、1つ以上の流体試薬が流れることができる固体表面を含むチャンバーを言う。本開示の方法で容易に用いることができるフローセルおよび関連する流体システムおよび検出装置の例は、例えば、以下に記載されている: Bentley et al. Nature 456:53-59 (2008), WO04/0918497、米国第7,057,026号;WO91/06678;WO07/123744;米国第7,329,492号;米国第7,211,414号;米国第7,315,019号;米国第7,405,281号、および米国第2008/0108082号。態様によっては、固体の支持体またはその表面は、管または容器の内面あるいは外面など非平面である。態様によっては、固体の支持体は微小球またはビーズを含む。用語「微小球」、「ビーズ」、「粒子」は、固体基質という観点からは、様々な材料からなる小さい個別の粒子を意味する。様々な材料としては、これらに限定されないが、プラスチック、セラミック、ガラス、およびポリスチレンが挙げられる。特定の態様では、微小球は磁性微小球またはビーズである。これに代えて、あるいはこれに加えて、ビーズは多孔性であってもよい。ビーズ径は、ナノメートル(例えば、100nm)からミリメートル(例えば、1mm)の範囲である。 In other exemplary embodiments, the death CRISPR effector protein may be bound to a solid substrate. An immobilized substrate may refer to any material suitable for attachment of polypeptides or polynucleotides or modified to do so. Possible substrates include, but are not limited to, glass and modified functional glass, plastics (acrylic, polystyrene and copolymers of styrene and other materials, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethane, Teflon etc.), polysaccharides, nylons, nitrocellulose, ceramics, resins, silica, silica-based materials including silicon and modified silicon, carbon, metals, inorganic glasses, plastics, optical fiber bundles, and various other polymers. be done. In some embodiments, the solid support comprises a patterned surface suitable for immobilizing molecules in an ordered pattern. In certain embodiments, a patterned surface refers to an array of distinct regions within or on an exposed layer of a solid support. In some embodiments, the solid support includes an array of surface wells or depressions. The composition and shape of the solid support may vary depending on its use. In some embodiments, the solid support is a planar structure such as a slide, chip microchip, and/or array. The surface of the substrate may thus be in the form of a planar layer. In some embodiments, the solid support comprises one or more surfaces of the flow cell. As used herein, the term "flow cell" refers to a chamber containing a solid surface through which one or more fluid reagents can flow. Examples of flow cells and associated fluidic systems and detection devices that can readily be used in the disclosed methods are described, for example, in Bentley et al. Nature 456:53-59 (2008), WO04/0918497. WO 91/06678; WO 07/123744; US 7,329,492; US 7,211,414; US 7,315,019; US 7,405 , 281, and US 2008/0108082. In some embodiments, the solid support or surface thereof is non-planar, such as the inner or outer surface of a tube or container. In some embodiments, the solid support comprises microspheres or beads. The terms "microspheres", "beads" and "particles" refer to small discrete particles of various materials in terms of solid substrates. Various materials include, but are not limited to, plastics, ceramics, glass, and polystyrene. In certain embodiments, the microspheres are magnetic microspheres or beads. Alternatively or additionally, the beads may be porous. Bead diameters range from nanometers (eg, 100 nm) to millimeters (eg, 1 mm).

次いで、標的核酸を含む、あるいは含むと思われる試料を基質に曝して、結合している死CRISPRエフェクタータンパク質に標的核酸を結合させてもよい。次いで、非標的分子を洗い流してもよい。特定の例示的な実施形態では、その後、本明細書で開示される方法を用いたさらなる検出のために、標的核酸はCRISPRエフェクタータンパク質/ガイドRNA複合体から放出されてもよい。特定の例示的な実施形態では、標的核酸はまず、本明細書で記載するように増幅されてもよい。 A sample containing or suspected of containing the target nucleic acid may then be exposed to a substrate to allow the target nucleic acid to bind to the bound death CRISPR effector protein. Non-target molecules may then be washed away. In certain exemplary embodiments, the target nucleic acid may then be released from the CRISPR effector protein/guide RNA complex for further detection using the methods disclosed herein. In certain exemplary embodiments, the target nucleic acid may first be amplified as described herein.

特定の例示的な実施形態では、CRISPRエフェクターを結合タグで標識してもよい。特定の例示的な実施形態では、CRISPRエフェクターは化学的にタグ付けされてもよい。例えば、CRISPRエフェクターは化学的にビオチン化されてもよい。他の例示的な実施形態では、融合をコードするさらなる配列をCRISPRエフェクターに付加することにより融合を作製してもよい。そのような融合の一例はAviTag(登録商標)である。これは、非常に標的された酵素によって単一のビオチンを固有の15アミノ酸ペプチドからなるタグに結合させるとい方法を用いている。特定の態様では、CRISPRエフェクターは、GST、Myc、ヘマグルチニン(HA)、緑色蛍光タンパク質(GFP)、flag、Hisタグ、TAPタグ、およびFcタグなどのキャプチャータグで標識されていてもよいが、これらに限定されない。融合、化学タグ、またはキャプチャータグのいずれかの結合タグを用いて、ひとたび標的核酸に結合したらCRISPRエフェクター系を破壊するか、または固体基質表面にCRISPRエフェクター系を固定してもよい。 In certain exemplary embodiments, CRISPR effectors may be labeled with binding tags. In certain exemplary embodiments, CRISPR effectors may be chemically tagged. For example, CRISPR effectors may be chemically biotinylated. In other exemplary embodiments, fusions may be created by adding additional sequences encoding the fusion to the CRISPR effector. One example of such a fusion is AviTag®. It uses a method in which a single biotin is attached to a tag consisting of a unique 15 amino acid peptide by a highly targeted enzyme. In certain aspects, the CRISPR effector may be labeled with a capture tag such as GST, Myc, hemagglutinin (HA), green fluorescent protein (GFP), flag, His-tag, TAP-tag, and Fc-tag, although these is not limited to Binding tags, either fusions, chemical tags, or capture tags, may be used to destroy the CRISPR effector system once bound to the target nucleic acid, or to immobilize the CRISPR effector system to a solid substrate surface.

特定の例示的な実施形態では、ガイドRNAは結合タグで標識されていてもよい。特定の例示的な実施形態では、1つ以上のビオチン化ヌクレオチド(例えば、ビオチン化ウラシル)を組み込んだ生体外転写(IVT)を用いてガイドRNA全体を標識してもよい。態様によっては、1つ以上のビオチン基をガイドRNAの3’末端に付加するなど、ビオチンを化学的に、あるいは酵素によってガイドRNAに付加してもよい。 結合が生じた後は、結合タグを用いて、例えば、ガイドRNA/標的核酸をストレプトアビジンで被覆した固体基質に曝すことによりガイドRNA/標的核酸複合体を破壊してもよい。 In certain exemplary embodiments, the guide RNA may be labeled with a binding tag. In certain exemplary embodiments, in vitro transcription (IVT) incorporating one or more biotinylated nucleotides (eg, biotinylated uracil) may be used to label the entire guide RNA. In some embodiments, biotin may be chemically or enzymatically added to the guide RNA, such as by adding one or more biotin groups to the 3' end of the guide RNA. After binding has occurred, the binding tag may be used to disrupt the guide RNA/target nucleic acid complex, for example, by exposing the guide RNA/target nucleic acid to a streptavidin-coated solid substrate.

従って、特定の例示的な実施形態では、操作された、すなわち天然に存在しないCRISPRエフェクターを濃縮の目的で用いてもよい。一実施形態では、この修飾は、エフェクタータンパク質の1つ以上のアミノ酸残基の変異を含んでいてもよい。このような1つ以上の変異は、エフェクタータンパク質の1つ以上の触媒活性ドメインにあってもよい。エフェクタータンパク質は、1つ以上の変異がないエフェクタータンパク質と比較して、ヌクレアーゼ活性が低減あるいは消失していてもよい。エフェクタータンパク質は、対象の標的座位でのRNA鎖の切断を誘導しなくてもよい。好ましい一態様では、1つ以上の変異は2つの変異を含んでいてもよい。好ましい一態様では、前記1つ以上のアミノ酸残基は、C2c2エフェクタータンパク質(例えば、操作された、すなわち天然に存在しないエフェクタータンパク質またはC2c2)において修飾されている。特定の実施形態では、1つ以上の修飾された変異のあるアミノ酸残基は、R597、H602、R1278、およびH1283(Lsh C2c2アミノ酸を基準として)(例えば、変異R597A、H602A、R1278A、およびH1283A)に対応するC2c2の1つ以上のアミノ酸残基、またはLsh C2c2相同分子種の対応するアミノ酸残基である。 Accordingly, in certain exemplary embodiments, engineered or non-naturally occurring CRISPR effectors may be used for enrichment purposes. In one embodiment, this modification may involve mutation of one or more amino acid residues of the effector protein. Such one or more mutations may be in one or more catalytically active domains of the effector protein. The effector protein may have reduced or no nuclease activity compared to the effector protein lacking one or more mutations. The effector protein may not induce RNA strand cleavage at the target locus of interest. In one preferred aspect, the one or more mutations may comprise two mutations. In one preferred aspect, said one or more amino acid residues are modified in the C2c2 effector protein (eg, an engineered, ie non-naturally occurring effector protein or C2c2). In certain embodiments, the one or more modified mutated amino acid residues are R597, H602, R1278, and H1283 (relative to the Lsh C2c2 amino acid) (e.g., mutations R597A, H602A, R1278A, and H1283A) or the corresponding amino acid residue of the Lsh C2c2 orthologue.

特定の実施形態では、1つ以上の修飾された変異のあるアミノ酸残基は、C2c2コンセンサス番号付けに従ってK2、K39、V40、E479、L514、V518、N524、G534、K535、E580、L597、V602、D630、F676、L709、I713、R717(HEPN)、N718、H722(HEPN)、E773、P823、V828、I879、Y880、F884、Y997、L1001、F1009、L1013、Y1093、L1099、L1111、Y1114、L1203、D1222、Y1244、L1250、L1253、K1261、I1334、L1355、L1359、R1362、Y1366、E1371、R1372、D1373、R1509(HEPN)、H1514(HEPN)、Y1543、D1544、K1546、K1548、V1551、I1558に対応するC2c2の1つ以上のアミノ酸残基である。特定の態様では、1つ以上の修飾された変異のあるアミノ酸残基は、R717およびR1509に対応するC2c2の1つ以上のアミノ酸残基である。特定の態様では、1つ以上の修飾された変異のあるアミノ酸残基は、K2、K39、K535、K1261、R1362、R1372、K1546、およびK1548に対応するC2c2の1つ以上のアミノ酸残基である。特定の態様では、前記変異により、タンパク質の活性が変化または変性する。特定の態様では、前記変異により、特異性の低下など、タンパク質の活性が低下する。特定の態様では、前記変異により、タンパク質の触媒活性が失われる(すなわち、「死」C2c2)。一実施形態では、前記アミノ酸残基は、Lshアミノ酸残基、あるいは異なる種に由来するC2c2タンパク質の対応するアミノ酸残基に対応する。これらの工程を容易にすることができる装置。 In certain embodiments, the one or more modified mutated amino acid residues are K2, K39, V40, E479, L514, V518, N524, G534, K535, E580, L597, V602, according to the C2c2 consensus numbering. D630, F676, L709, I713, R717 (HEPN), N718, H722 (HEPN), E773, P823, V828, I879, Y880, F884, Y997, L1001, F1009, L1013, Y1093, L1099, L1111, Y1134, L1200 D1222, Y1244, L1250, L1253, K1261, I1334, L1355, L1359, R1362, Y1366, E1371, R1372, D1373, R1509 (HEPN), H1514 (HEPN), Y1543, D1544, K1546, K15548, I15548, V1 One or more amino acid residues of C2c2. In certain aspects, the one or more modified mutated amino acid residues are one or more amino acid residues of C2c2 corresponding to R717 and R1509. In certain aspects, the one or more modified mutated amino acid residues are one or more amino acid residues of C2c2 corresponding to K2, K39, K535, K1261, R1362, R1372, K1546, and K1548. . In certain aspects, the mutation alters or modifies the activity of the protein. In certain aspects, said mutation reduces the activity of the protein, such as reducing specificity. In certain aspects, the mutation abolishes the protein's catalytic activity (ie, "dead" C2c2). In one embodiment, said amino acid residues correspond to Lsh amino acid residues or the corresponding amino acid residues of C2c2 proteins from different species. Equipment that can facilitate these processes.

また、上記の濃縮システムを用いて特定の核酸試料を枯渇させてもよい。例えば、ガイドRNAは、非標的RNAに結合して、試料から非標的RNAを除去するように設計されていてもよい。一例示的な実施形態では、ガイドRNAは、特定の核酸多様性を担持する核酸に結合するように設計されていてもよい。例えば、所与の試料で多様性のない核酸のコピー数が多いことが予測される場合がある。従って、本明細書で開示される実施形態を用いて試料から多様性のない核酸を除去し、検出CRISPRエフェクター系が所与の試料で標的多様体配列を検出することができる効率を高めてもよい。

タンパク質の検出
A specific nucleic acid sample may also be depleted using the enrichment system described above. For example, a guide RNA may be designed to bind to non-target RNA and remove non-target RNA from a sample. In one exemplary embodiment, guide RNAs may be designed to bind to nucleic acids bearing specific nucleic acid diversity. For example, a given sample may be expected to have a high copy number of non-diverse nucleic acids. Thus, the embodiments disclosed herein may be used to remove non-diverse nucleic acids from a sample to increase the efficiency with which a detection CRISPR effector system can detect target variant sequences in a given sample. good.

protein detection

本明細書で開示されるシステム、装置、および方法は、核酸の検出に加えて、特異的に構成されたポリペプチド検出アプタマーによりポリペプチド(または他の分子)の検出に採用されてもよい。ポリペプチド検出アプタマーは、上記のマスキング構築物アプタマーとは個別のものである。まず、アプタマーは、1種以上の標的分子に特異的に結合するように設計されている。一例示的な実施形態では、標的分子は標的ポリペプチドである。他の例示的な実施形態では、標的分子は、例えば、標的治療分子などの標的化学化合物である。所定の標的に対する特異性を持つアプタマーを設計および選択する方法(例えば、SELEX)は、当該分野で知られている。所定の標的に対する特異性に加えて、アプタマーはさらに、RNAポリメラーゼプロモーター結合部位を組み込むように設計されている。特定の例示的な実施形態では、RNAポリメラーゼプロモーターはT7プロモーターである。標的に結合させる前に、RNAポリメラーゼ部位はRNAポリメラーゼからは近づけない、あるいは認識できない。しかしながら、アプタマーは、標的に結合すると、アプタマーの構造は、RNAポリメラーゼプロモーターが露出するような高次構造変化を受ける。RNAポリメラーゼプロモーターの下流にあるアプタマー配列は、RNAポリメラーゼによるトリガーRNAオリゴヌクレオチドの生成の鋳型として作用する。従って、アプタマーの鋳型部分は、所定のアプタマーおよびその標的を同定するバーコードあるいは他の同定配列をさらに組み込んでいてもよい。上記のガイドRNAは、次いでこれら特異的なトリガーオリゴヌクレオチド配列を認識するように設計されていてもよい。ガイドRNAがトリガーオリゴヌクレオチドに結合すると、CRISPRエフェクタータンパク質が活性化されて、上記のようにマスキング構築物が失活し、検出可能な陽性信号が生成される。 In addition to nucleic acid detection, the systems, devices, and methods disclosed herein may be employed for detection of polypeptides (or other molecules) by specifically configured polypeptide detection aptamers. Polypeptide detection aptamers are distinct from the masking construct aptamers described above. First, aptamers are designed to specifically bind to one or more target molecules. In one exemplary embodiment, the target molecule is a target polypeptide. In other exemplary embodiments, the targeting molecule is a targeting chemical compound, eg, a targeting therapeutic molecule. Methods for designing and selecting aptamers with specificity for a given target (eg, SELEX) are known in the art. In addition to specificity for a given target, aptamers have also been designed to incorporate RNA polymerase promoter binding sites. In certain exemplary embodiments, the RNA polymerase promoter is the T7 promoter. Prior to target binding, the RNA polymerase site is inaccessible or recognizable to the RNA polymerase. However, once the aptamer binds to its target, the aptamer structure undergoes a conformational change that exposes the RNA polymerase promoter. Aptamer sequences downstream of the RNA polymerase promoter serve as templates for the generation of trigger RNA oligonucleotides by RNA polymerase. Thus, the aptamer template portion may further incorporate barcodes or other identifying sequences that identify a given aptamer and its target. The guide RNAs described above may then be designed to recognize these specific trigger oligonucleotide sequences. Binding of the guide RNA to the trigger oligonucleotide activates the CRISPR effector protein to deactivate the masking construct as described above and produce a detectable positive signal.

従って、特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される方法は、1つの試料または1組の試料を1組の個別の容積に分配し(ここで、1つ以上の個別の容積はそれぞれペプチド検出アプタマー、CRISPRエフェクタータンパク質、1種以上のガイドRNA、マスキング構築物を含む)、およびペプチド検出アプタマーが前記1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で1つの試料または1組の試料をインキュベートする追加の工程を含む。ここで、アプタマーが対応する標的に結合すると、RNAポリメラーゼプロモーター結合部位が露出して、RNAポリメラーゼのRNAポリメラーゼプロモーター結合部位への結合によりトリガーRNAが合成される。 Thus, in certain exemplary embodiments, the methods disclosed herein dispense a sample or set of samples into a set of discrete volumes (where one or more discrete volumes each comprising a peptide-detecting aptamer, a CRISPR effector protein, one or more guide RNAs, a masking construct), and a sample under conditions sufficient to allow the peptide-detecting aptamer to bind to said one or more target molecules. Include the additional step of incubating the set of samples. Here, when the aptamer binds to the corresponding target, the RNA polymerase promoter binding site is exposed and trigger RNA is synthesized by binding of RNA polymerase to the RNA polymerase promoter binding site.

他の例示的な実施形態では、アプタマーが標的ポリペプチドに結合すると、アプタマーの結合によりプライマー結合部位が露出してもよい。例えば、アプタマーはRPAプライマー結合部位を露出させてもよい。従って、プライマーの付加または包含は、上で概略を示したRPA反応など増幅反応に供給される。 In other exemplary embodiments, binding of the aptamer may expose a primer binding site when the aptamer binds to the target polypeptide. For example, aptamers may expose RPA primer binding sites. Thus, the addition or inclusion of primers feeds into an amplification reaction, such as the RPA reaction outlined above.

特定の例示的な実施形態では、アプタマーは高次構造切換アプタマーであってもよく、対象の標的に結合すると、二次構造が変化して、一本鎖DNAの新しい領域が露出されてもよい。特定の例示的な実施形態では、これら一本鎖DNAの新しい領域をライゲーションの基質として用いて、アプタマーを伸長させ、本明細書で開示される実施形態を用いて特異的に検出することができる長いssDNA分子を作製してもよい。アプタマーの設計はさらに、低エピトープ標的(例えば、グルコース)の検出用の三次複合体と組み合わせてもよい(Yang et al. 2015: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.5b01634)。高次構造をシフトさせるアプタマーおよび対応するガイドRNA(crRNA)の例を以下の表7に示す。

Figure 2023052052000011

装置 In certain exemplary embodiments, the aptamer may be a conformation-switching aptamer and upon binding the target of interest may change secondary structure to expose new regions of single-stranded DNA. . In certain exemplary embodiments, these new regions of single-stranded DNA can be used as substrates for ligation to extend aptamers and be specifically detected using embodiments disclosed herein. Long ssDNA molecules may be produced. Aptamer design may also be combined with tertiary complexes for detection of low epitope targets (e.g. glucose) (Yang et al. 2015: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs .analchem.5b01634 ). Examples of conformationally shifting aptamers and corresponding guide RNAs (crRNAs) are shown in Table 7 below.
Figure 2023052052000011

Device

本明細書で記載するシステムは診断装置で具現化されてもよい。その中に複数の個別の容積を規定することができる装置の複数の基質および構成を用いてもよい。本明細書で用いられる用語「個別の容積」は、容器、入れ物などの個別の空間、あるいは標的分子の移行を防止および/または阻害するという特性によって規定することができる他の任意の規定された容積または空間を指す。例えば、壁(例えば、ウェル、管の壁)、あるいは不透過性または半透過性であってもよい液滴の表面などの物性によって規定された容積または空間、あるいは化学的な方法、拡散速度律速、電磁性による方法、光照射、または標的分子および指標となる核酸識別子(例えば、核酸バーコード)を含んでいてもよいこれらの任意の組合せなど、他の方法で規定された容量または空間である。「拡散速度律速」(例えば、拡散によって規定される容積)は、2つの平行な層流がある場合に拡散は標的分子が1つの流れからもう一方の流れへ移行するのを制限し、拡散は有効に空間または容積の規定を制限することができることから、特定の分子または反応にのみ利用可能な空間を意味する。「化学的な方法」で規定された容積または空間は、例えば、粒径など特定の標的分子の化学または分子特性からその標的分子のみが存在してもよい空間を意味する。例えば、ゲルビーズは、表面電荷、マトリックスの粒径、またはビーズ内部に侵入してもよい種の選択を可能にするビーズの他の物性などにより、特定の種がビーズに侵入することを排除するが、他の種は排除しない。「電磁性による方法」で規定された容積または空間は、標的分子またはその支持体の電磁特性(例えば、電荷あるいは磁気特性)を用いて、例えば、磁界内で磁性粒子を補足する、あるいは直接磁石で補足するなどにより空間内の特定の領域を規定することができる空間を意味する。「光学的に」規定された容積は、規定された空間または容積内の標的分子のみが標識されるように可視光、紫外光、赤外光、または他の波長の光で照射することで規定してもよい空間の任意の領域を意味する。壁がない、あるいは半透過性の個別容積を用いる1つの利点は、緩衝液、化学活性剤、または他の薬剤など試薬によっては、個別の容積を通過させてもよく、標的分子などの他の材料は個別の容積または空間内に維持してもよいということである。典型的には、個別の容積としては、標識を可能にする条件で指標となる核酸識別子で標的分子を標識するのに好適な流体培地(例えば、水溶液、油、緩衝液、および/または細胞の成長を補助することができる媒体)が挙げられる。開示される方法で有用な例示的な個別の容積または空間としては、液滴(例えば、マイクロ流体の液滴および/または乳化液滴)、ヒドロゲルビーズまたは他の重合体構造(例えば、二アクリル酸ポリエチレングリコールビーズまたはアガロースビーズ)、組織のスライド(例えば、化学的、光学的、または物理的方法で規定された特定の領域、容積、または空間を有する、固定ホルマリンパラフィン埋め込み組織のスライド)、とりわけ、規則的に並べられた配列、あるいは無作為パターンで試薬を管(例えば、遠心分離器管、マイクロ遠心分離管、試験管、キュベット、円錐管など)、瓶(例えば、ガラス瓶、プラスチック瓶、窯業瓶、三角フラスコ、シンチレーションバイアルなど)、ウェル(例えば、プレートのウェル)、プレート、ピペット、ピペットの先端に置くことにより規定された領域を持つ顕微鏡スライドが挙げられる。特定の態様では、区画は、油中水乳液中の水性液滴である。特定の実施形態では、正確あるいは均一な容積を必要とする本明細書で記載する用途、方法、またはシステムのいずれも、音響液体ディスペンサーを用いてもよい。 The systems described herein may be embodied in diagnostic equipment. Multiple substrates and configurations of devices in which multiple discrete volumes can be defined may be used. As used herein, the term “discrete volume” refers to a discrete space such as a container, receptacle, or any other defined volume that can be defined by its property of preventing and/or inhibiting migration of a target molecule. Refers to volume or space. For example, a volume or space defined by a physical property such as a wall (e.g., well, tube wall), or the surface of a droplet, which may be impermeable or semi-permeable, or chemical methods, diffusion rate limiting , electromagnetic methods, light irradiation, or any combination thereof, which may include a target molecule and an indicative nucleic acid identifier (e.g., a nucleic acid barcode). . "Diffusion rate limiting" (e.g., the volume defined by diffusion) means that if there are two parallel laminar flows, diffusion limits the transition of target molecules from one flow to the other, and diffusion By effectively limiting the definition of space or volume, we mean the space available only for certain molecules or reactions. A volume or space defined by a "chemical method" means a space in which only a particular target molecule may reside due to the chemical or molecular properties of that target molecule, eg particle size. For example, gel beads exclude certain species from entering the bead due to surface charge, matrix particle size, or other physical properties of the bead that allow selection of the species that may enter the interior of the bead. , does not exclude other species. Volumes or spaces defined by "electromagnetic methods" can be defined using the electromagnetic properties (e.g. charge or magnetic properties) of the target molecule or its support, e.g. means a space in which a particular region within the space can be defined, such as by supplementing with . An "optically" defined volume is defined by illuminating with visible, ultraviolet, infrared, or other wavelengths of light such that only target molecules within the defined space or volume are labeled. means any region of space that may be One advantage of using a wallless or semi-permeable discrete volume is that some reagents, such as buffers, chemically active agents, or other agents, may pass through the discrete volume, while others, such as target molecules, may pass through the discrete volume. That is, the materials may be maintained in separate volumes or spaces. Typically, the discrete volume is a fluid medium (e.g., aqueous solution, oil, buffer, and/or cell) suitable for labeling target molecules with an indexable nucleic acid identifier under conditions that permit labeling. medium that can support growth). Exemplary discrete volumes or spaces useful in the disclosed methods include droplets (e.g., microfluidic droplets and/or emulsified droplets), hydrogel beads or other polymeric structures (e.g., diacrylic acid polyethylene glycol beads or agarose beads), tissue slides (e.g., fixed formalin paraffin-embedded tissue slides having specific areas, volumes, or spaces defined by chemical, optical, or physical methods), inter alia, Tubes (e.g., centrifuge tubes, microcentrifuge tubes, test tubes, cuvettes, conical tubes, etc.), jars (e.g., glass, plastic, ceramic jars) containing reagents in a regular array or random pattern , Erlenmeyer flasks, scintillation vials, etc.), wells (eg, the wells of a plate), plates, pipettes, microscope slides with areas defined by placing pipette tips. In certain aspects, the compartments are aqueous droplets in a water-in-oil emulsion. In certain embodiments, any of the applications, methods, or systems described herein that require accurate or uniform volumes may employ acoustic liquid dispensers.

特定の例示的な実施形態では、前記装置は、複数のスポットが規定されてもよい柔軟性材料の基質を含む。診断法およびバイオセンシングに用いるのに好適な柔軟性材料の基質は当該分野で知られている。柔軟性のある基質材料は、植物由来の繊維(例えば、セルロース繊維)でできていてもよいし、柔軟性重合体(例えば、柔軟性ポリエステルフィルムおよび他の種類の重合体)からできていてもよい。本明細書で記載するシステムの規定された各スポット内で個々のスポットに試薬を加える。各スポットは、ガイドRNAまたはガイドRNAの組が異なることを除いて同じ試薬を含んでいてもよく、あるいは該当する場合は一度に複数の標的を選別するための異なる検出アプタマーを含んでいてもよい。従って、本明細書のシステムおよび装置は、同じ標的または限定された数の標的の存在について複数の供給源(例えば、異なる個体に由来する複数の臨床試料)に由来する試料を選別できる、あるいは試料中の複数の異なる標的の存在について1つの試料の部分(または同じ供給源に由来する複数の試料)を選別することができる場合がある。特定の例示的な実施形態では、本明細書で記載するシステムの要素は、紙または布の基質に載せて冷凍乾燥されている。特定の例示的な装置で用いられてもよい柔軟性材料からなる基質の例は、Pardee et al. Cell. 2016, 165(5):1255-66、およびPardee et al. Cell. 2014, 159(4):950-54に開示されている。血液を含む体液と用いるのに好適な柔軟性材料からなる基質については、以下に開示されている:Shevkoplyasらに付与された国際特許出願公開第WO/2013/071301号(名称は“Paper based diagnostic test(紙による診断テスト)”)、Siegelらに付与された米国特許出願公開第2011/0111517号(名称は“Paper-based microfluidic systems(紙によるマイクロ流体系)”)、およびSiegel et al. and Shafiee et al. “Paper and Flexible Substrates as Materials for Biosensing Platforms to Detect Multiple Biotargets(複数のバイオ試料を検出するバイオセンシングプラットフォームのための紙および柔軟性基材)” Scientific Reports 5:8719 (2015)、さらに、装着可能な診断装置に用いるのが好適な材料を含む柔軟性材料については、“Flexible Substrate-Based Devices for Point-of-Care Diagnostics(医療現場診断のための柔軟性基材を元にした装置)” Cell 34(11):909-21 (2016)に開示されている。さらに、柔軟性材料は、ニトロセルロース、ポリカーボネート、メチルエチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリスチレン、またはガラスを含んでいてもよい(例えば、米国20120238008号を参照のこと)。特定の態様では、個別の容積は、これらに限定されないが、ワックス、フォトレジスト、または固体インクなどの疎水性表面により分離されている。 In certain exemplary embodiments, the device includes a substrate of flexible material on which a plurality of spots may be defined. Flexible material substrates suitable for use in diagnostics and biosensing are known in the art. Flexible substrate materials may be made of plant-derived fibers (eg, cellulose fibers) or flexible polymers (eg, flexible polyester films and other types of polymers). good. Add reagents to individual spots within each defined spot of the system described herein. Each spot may contain the same reagents except that the guide RNA or set of guide RNAs is different, or may contain different detection aptamers for sorting multiple targets at once, if applicable. . Thus, the systems and devices herein can screen samples from multiple sources (e.g., multiple clinical samples from different individuals) for the presence of the same target or a limited number of targets, or samples It may be possible to screen portions of a sample (or multiple samples from the same source) for the presence of multiple different targets in the sample. In certain exemplary embodiments, the elements of the systems described herein are freeze-dried on paper or cloth substrates. Examples of substrates composed of flexible materials that may be used in certain exemplary devices are described in Pardee et al. Cell. 2016, 165(5):1255-66 and Pardee et al. Cell. 4):950-54. Substrates of flexible materials suitable for use with bodily fluids, including blood, are disclosed in International Patent Application Publication No. WO/2013/071301 to Shevkoplyas et al. U.S. Patent Application Publication No. 2011/0111517 to Siegel et al. (titled "Paper-based microfluidic systems"), and Siegel et al. Shafiee et al. “Paper and Flexible Substrates as Materials for Biosensing Platforms to Detect Multiple Biotargets,” Scientific Reports 5:8719 (2015), further , for flexible materials, including materials suitable for use in wearable diagnostic devices, see “Flexible Substrate-Based Devices for Point-of-Care Diagnostics.” )” Cell 34(11):909-21 (2016). Additionally, the flexible material may include nitrocellulose, polycarbonate, methylethylcellulose, polyvinylidene fluoride (PVDF), polystyrene, or glass (see, eg, US 20120238008). In certain aspects, the discrete volumes are separated by hydrophobic surfaces such as, but not limited to, wax, photoresist, or solid ink.

態様によっては、装着者が特定の微生物または他の因子に対する暴露を知らされるようなセンサーまたは指示薬として働く線量計またはバッジが提供されてもよい。例えば、本明細書で記載するシステムを用いて特定の病原体を検出してもよい。同様に、上で開示されたアプタマーに基づく実施形態を用いて、ポリペプチドと特定のアプタマーが結合してもよい他の因子(例えば、化学薬剤)の両方を検出してもよい。そのような装置は、例えば、生物あるいは化学兵器剤の検出などのため、できるだけ速く可能性のある危険な微生物に対する暴露に関する情報を提供するため、兵士または他の軍関係者、臨床医、研究者、病院スタッフなどの視察に有用である場合がある。他の実施形態では、免疫力がない患者、火傷患者、化学療法を受けている患者、子ども、あるいは高齢者が危険な微生物または病原体に曝されないようにそのような視察用バッジを用いてもよい。 In some embodiments, a dosimeter or badge may be provided that acts as a sensor or indicator such that the wearer is informed of exposure to specific microorganisms or other agents. For example, the systems described herein may be used to detect specific pathogens. Similarly, the aptamer-based embodiments disclosed above may be used to detect both polypeptides and other agents (eg, chemical agents) to which a particular aptamer may bind. Such devices can be used by soldiers or other military personnel, clinicians, and researchers to provide information as quickly as possible about exposure to potentially dangerous microbes, for example, for the detection of biological or chemical warfare agents. , hospital staff, etc. In other embodiments, such visitor badges may be used to protect immunocompromised patients, burn patients, patients undergoing chemotherapy, children, or the elderly from exposure to dangerous microbes or pathogens. .

本明細書で記載するシステムおよび装置を用いて分析されてもよい試料の供給源は、対象者の生体試料または環境試料を含む。環境試料は表面または流体を含んでいてもよい。生体試料は、これらに限定されないが、唾液、血液、血漿、血清、糞便、尿、唾液、粘液、リンパ液、滑液、髄液、脳脊髄液、皮膚または粘膜の拭い液、またはこれらの組合せを含んでいてもよい。一例示的な実施形態では、環境試料は固体表面(例えば、食品の準備に用いられる表面など)または他の影響を受けやすい組成物および材料から採取される。 Sources of samples that may be analyzed using the systems and devices described herein include subject biological or environmental samples. Environmental samples may include surfaces or fluids. Biological samples include, but are not limited to, saliva, blood, plasma, serum, faeces, urine, saliva, mucus, lymph, synovial fluid, spinal fluid, cerebrospinal fluid, skin or mucosal swabs, or combinations thereof. may contain. In one exemplary embodiment, environmental samples are taken from solid surfaces (eg, surfaces used in food preparation) or other sensitive compositions and materials.

他の例示的な実施形態では、本明細書で記載するシステムの要素は、綿棒または布など、表面または試料流体を拭うのに用いられる使い捨ての基質に載せられていてもよい。例えば、このシステムを用いて、果実または野菜など食品の表面を拭うことで食品表面の病原体の存在を試験することができる。同様に、この使い捨ての基質を用いて、特定の微生物または因子の検出(例えば、安全性選別での使用)のために他の表面を拭ってもよい。この使い捨ての基質はまた、科学捜査の用途を持っていてもよい。この場合、CRISPR系は、例えば、被疑者を同定するのに用いられるかもしれないDNA SNPの同定、あるいは試料中に存在する生物学的物質を決定する特定の組織または細胞マーカーを検出するように設計されている。同様に、この使い捨ての基質を用いて、患者由来の試料(例えば、口から唾液試料、あるいは皮膚から拭い液)を採集してもよい。他の実施形態では、肉製品の表面または内部の汚染物質を検出するため、肉製品から試料または拭い液を採取してもよい。 In other exemplary embodiments, the elements of the systems described herein may rest on disposable substrates used to wipe surfaces or sample fluids, such as swabs or cloths. For example, the system can be used to test for the presence of pathogens on food surfaces such as fruits or vegetables by swabbing them. Similarly, this disposable substrate may be used to wipe other surfaces for detection of specific microorganisms or agents (eg, for use in security screening). This disposable substrate may also have forensic applications. In this case, the CRISPR system may be used, for example, to identify DNA SNPs that may be used to identify a suspect, or to detect specific tissue or cell markers that determine the biological material present in a sample. Designed. Similarly, the disposable substrate may be used to collect samples from patients (eg, saliva samples from the mouth or swabs from the skin). In other embodiments, a sample or swab may be taken from the meat product to detect contaminants on or within the meat product.

食品、臨床、工業、およびその他の環境設定でほぼリアルタイムの微生物診断法が必要とされている(例えば、Lu TK, Bowers J, and Koeris MS., Trends Biotechnol. 2013 Jun;31(6):325-7を参照のこと)。特定の態様では、病原体に特異的なガイドRNAを用いて食品が媒介する病原体(例えば、カンピロバクター・ジェジュニ、クロストリジウム・パーフリンゲンス、サルモネラ属、大腸菌、バシラス・セレウス、リステリア・モノサイトゲネス、赤痢菌属、黄色スタフィロコッカス、スタフィロコッカル・ エンテリティス、ストレプトコッカス、ビブリオ・コレレ、ビブリオ・パラヘモリティカス、ビブリオ・バルニフィカス、エルシニア・エンテロコリチカおよびエルシニア・シュードツベルクローシス、ブルセラ属、コリネバクテリウム・ウルセランス、コクシエラ・バーネッティイ、またはプレシオモナス・シゲロイデス)を素早く検出するのに本発明が用いられる。 There is a need for near real-time microbial diagnostics in food, clinical, industrial, and other settings (e.g., Lu TK, Bowers J, and Koeris MS., Trends Biotechnol. 2013 Jun;31(6):325 -7). In certain aspects, food-borne pathogens (e.g., Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Salmonella, Escherichia coli, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Shigella) using pathogen-specific guide RNAs Genus Yellow Staphylococcus, Staphylococcal enteritis, Streptococcus, Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio vulnificus, Yersinia enterocolitica and Yersinia pseudotuberculosis, Brucella, Corynebacterium Ulcerans, Coxiella burnetii, or Plesiomonas shigeroides) is used for the rapid detection.

特定の態様では、前記装置はフローストリップ(flow strip、イムノクロマトの試験片のこと)である、あるいはそれを含む。例えば、横型フローストリップは、色によってRNA分解酵素(例えば、C2c2)を検出することができる。RNAレポーターは、5’末端に付加された第一分子(例えば、FITC)と3’末端に付加された第二分子(例えば、ビオチン)(あるいはこの逆)を持つように修飾されている。横型フローストリップは2つの捕獲ラインを持つように設計されており、抗第一分子(例えば、抗FITC)抗体が第一のラインにハイブリダイズされ、抗第二分子(例えば、抗ビオチン)抗体が第二の下流ラインにハイブリダイズされている。SHERLOCK反応液が条片を流れると、未切断のレポーターが第一の捕獲ラインで抗第一分子と結合し、切断されたレポーターが第二分子を放出して第二の捕獲ラインで第二分子と結合する。第二分子は、例えば、ナノ粒子(例えば、金ナノ粒子)に結合させた抗体を挟んで、第一または第二のラインで任意の第二分子に結合し、その結果強い出力/信号(例えば、色)が生成される。より多くのレポーターが切断されると、より多くの信号が第二の捕獲ラインに蓄積して、より少ない信号が第一のラインに現れる。特定の側面では、本発明は、核酸またはポリペプチドを検出する本明細書で記載するフォローストリップの使用に関する。特定の側面では、本発明は、例えば、(側方)フロー試験または(側方)フロー免疫クロマトグラフィアッセイにおいて、本明細書で規定したフローストリップで核酸またはポリペプチドを検出する方法に関する。 In certain embodiments, the device is or includes a flow strip. For example, horizontal flow strips can detect RNases (eg, C2c2) by color. The RNA reporter is modified to have a first molecule (e.g. FITC) attached to the 5' end and a second molecule (e.g. biotin) attached to the 3' end (or vice versa). A horizontal flow strip is designed with two capture lines, an anti-first molecule (eg, anti-FITC) antibody is hybridized to the first line and an anti-second molecule (eg, anti-biotin) antibody is hybridized to the first line. Hybridized to a second downstream line. As the SHERLOCK reaction flows through the strip, the uncleaved reporter binds to the anti-first molecule on the first capture line and the cleaved reporter releases the second molecule to bind to the second molecule on the second capture line. combine with The second molecule binds to any second molecule in the first or second line, e.g., sandwiching antibodies bound to nanoparticles (e.g. gold nanoparticles), resulting in a strong output/signal (e.g. , color) are generated. As more reporters are cleaved, more signal accumulates in the second capture line and less signal appears in the first line. In certain aspects, the invention relates to the use of the Followstrips described herein to detect nucleic acids or polypeptides. In a particular aspect, the invention relates to a method of detecting nucleic acids or polypeptides with a flow strip as defined herein, for example in a (lateral) flow test or (lateral) flow immunochromatographic assay.

特定の例示的な実施形態では、前記装置は、異なる液滴(すなわち、個別の容積)を生成および/または合流させるマイクロ流体装置である。例えば、選別する試料を含む第一の組の液滴を形成してもよく、本明細書で記載するシステムの要素を含む第二の組の液滴を形成してもよい。次いで、第一の組の液滴および第二の組の液滴を合流させて、合流させた液滴の組に対して本明細書で記載する診断方法を行う。本明細書で開示されるマイクロ流体装置は、シリコーン製チップであってもよく、様々な技術を用いて作製されてもよい。そのような技術としては、これらに限定されないが、熱浮き彫り加工、エラストマー成形、微小射出成、LIGA法(Lithographie, Galvanoformung, Abformung)、ソフトリソグラフィ、シリコン形成法、および関連する薄膜処理技術が挙げられる。マイクロ流体装置を作製するのに好適な材料は、これらに限定されないが、環状オレフィン共重合体(COC)、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、およびポリアクリル酸メチル(PMMA)が挙げられる。一態様では、PDMSのソフトリソグラフィを用いてマイクロ流体装置を作製してもよい。例えば、フォトリソグラフィーを用いて、基質内に流れ溝、バルブ、フィルターの位置を規定する型を作製してもよい。基質材料を型に流し込んで固めて、押し型を作製する。次いで、押し型を固体の支持体、これに限定されないが、ガラスに貼り付ける。PDMSなど重合体によっては疎水性であるので、タンパク質によってはそれを吸収して特定の生物学的過程を阻害することがあるので、受動化剤が必要な場合がある(Schoffner et al. Nucleic Acids Research, 1996, 24:375-379)。好適な受動化剤は当該分野で知られており、これらに限定されないが、シラン、パリレン、n-ドデシル-b-D-マルトシド(DDM)、プルロニック、Tween-20、他の類似の界面活性剤、ポリエチレングリコール(PEG)、アルブミン、コラーゲン、ならびに他の類似のタンパク質およびペプチドが挙げられる。 In certain exemplary embodiments, the device is a microfluidic device that generates and/or merges different droplets (ie discrete volumes). For example, a first set of droplets may be formed containing the sample to be sorted, and a second set of droplets may be formed containing the elements of the systems described herein. The first set of droplets and the second set of droplets are then merged and the diagnostic methods described herein are performed on the merged set of droplets. The microfluidic devices disclosed herein may be silicon chips and may be fabricated using a variety of techniques. Such techniques include, but are not limited to, thermal embossing, elastomer molding, microinjection, LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung), soft lithography, silicon forming, and related thin film processing techniques. . Materials suitable for making microfluidic devices include, but are not limited to, cyclic olefin copolymers (COC), polycarbonate, polydimethylsiloxane (PDMS), and polymethyl acrylate (PMMA). In one aspect, soft lithography of PDMS may be used to fabricate microfluidic devices. For example, photolithography may be used to create molds that define the locations of flow channels, valves, filters within the matrix. The matrix material is poured into a mold and allowed to harden to produce a stamp. The stamp is then applied to a solid support, such as but not limited to glass. Because some polymers, such as PDMS, are hydrophobic, passivating agents may be necessary, as some proteins can absorb them and interfere with certain biological processes (Schoffner et al. Nucleic Acids). Research, 1996, 24:375-379). Suitable passivating agents are known in the art and include, but are not limited to silanes, parylenes, n-dodecyl-bD-maltoside (DDM), Pluronics, Tween-20 and other similar surfactants. , polyethylene glycol (PEG), albumin, collagen, and other similar proteins and peptides.

特定の例示的な実施形態では、システムおよび/または装置をフローサイトメトリーの読み出しに変換するのに用いてもよい。あるいは、1回の実験で100万個の細胞に高感度な定量的測定を行って既存のフローによる方法(例えば、PrimeFlowアッセイ)を向上させるのに用いてもよい。特定の例示的な実施形態では、未重合のゲル単量体を含む液滴に細胞を入れて、次いで、それをフローサイトメトリーで分析するのに好適な単細胞液滴に入れてもよい。未重合のゲル単量体を含む液滴に蛍光検出可能な標識を含む検出構築物を入れてもよい。ゲル単量体を重合すると、液滴内にビーズが形成される。ゲル重合は遊離ラジカル形成によって行われるので、蛍光レポーターはゲルに共有結合される。この検出構築物をさらに修飾して、リンカー(例えば、アミン)を含ませてもよい。ゲル形成後にクエンチャーを加えて、リンカーを介してレポーター構築物に結合させてもよい。従って、クエンチャーはゲルに結合しておらず、CRISPRエフェクタータンパク質によってレポーターが切断されると自由に拡散する。検出構築物とハイブリダイゼーション連鎖反応(HCR阻害剤)増幅を結合させて、液滴の信号増幅を達成してもよい。DNA/RNAハイブリッドヘアピンをゲルに組み込んでもよく、このゲルはRNA分解酵素に高感度なドメインを持つヘアピンループを含んでいてもよい。RNA分解酵素に高感度なドメインを持つヘアピンループ内の鎖置換の足掛かりを保護することで、CRISPRエフェクタータンパク質によってヘアピンループが切断された後にHCR開始剤を選択的に脱保護してもよい。足掛かり配列を介した鎖置換によりHCR開始剤を脱保護した後、蛍光HCR単量体を洗浄してゲルに入れ、阻害剤が脱保護された信号増幅を行うことができる。 In certain exemplary embodiments, systems and/or devices may be used to convert flow cytometry readouts. Alternatively, it can be used to enhance existing flow-based methods (eg, PrimeFlow assay) with sensitive quantitative measurements of 1 million cells in a single experiment. In certain exemplary embodiments, cells may be placed in droplets containing unpolymerized gel monomers, which are then placed in single cell droplets suitable for analysis by flow cytometry. Droplets containing unpolymerized gel monomers may contain detection constructs containing fluorescent detectable labels. Polymerization of the gel monomers forms beads within the droplets. Since gel polymerization is driven by free radical formation, fluorescent reporters are covalently attached to the gel. This detection construct may be further modified to include a linker (eg, an amine). A quencher may be added after gel formation and attached to the reporter construct via a linker. The quencher is therefore not bound to the gel and is free to diffuse upon cleavage of the reporter by the CRISPR effector protein. Detection constructs and hybridization chain reaction (HCR inhibitor) amplification may be combined to achieve droplet signal amplification. DNA/RNA hybrid hairpins may be incorporated into gels, which may include hairpin loops with RNase-sensitive domains. By protecting the strand displacement scaffolding within the hairpin loop with an RNase-sensitive domain, the HCR initiator may be selectively deprotected after the hairpin loop is cleaved by the CRISPR effector protein. After deprotection of the HCR initiator by strand displacement via the scaffolding sequence, the fluorescent HCR monomers can be washed and loaded onto the gel for inhibitor deprotected signal amplification.

本発明の文脈で用いてもよいマイクロ流体装置の一例は、Hou et al. “Direct Dectection and drug-resistance profiling of bacteremias using inertial microfluidics(慣性マイクロ流体工学を用いた菌血の直接検出および薬剤耐性分析)” Lap Chip. 15(10):2297-2307 (2016)に記載されている。 An example of a microfluidic device that may be used in the context of the present invention is described in Hou et al. "Direct Detection and drug-resistance profiling of bacteremias using inertial microfluidics." )” Lap Chip. 15(10):2297-2307 (2016).

本明細書で記載するシステムはさらに、診療所設定の外で対象者の生体試料(例えば、体液)をアッセイして、医師がアクセスできる中央サーバーに遠隔地からアッセイの結果を報告する装着可能な医療用具に組み込まれていてもよい。この装置は血液を自己採取する能力を含んでいてもよく、例えば、そのような装置はPeetersらに付与された米国特許出願公開第2015/0342509号(名称は“Needle-free Blood Draw(針なし採血)”)およびAndrew Conradに付与された米国特許出願公開第2015/0065821号(名称は“Nanoparticle Phoresis(ナノ粒子の便乗)”)に開示されている。 The system described herein further includes a wearable device that assays a subject's biological sample (e.g., bodily fluid) outside of a clinic setting and reports the results of the assay remotely to a central server accessible to a physician. It may be incorporated into a medical device. The device may include the ability to self-collect blood; Blood Sampling”) and US Patent Application Publication No. 2015/0065821 to Andrew Conrad entitled “Nanoparticle Phoresis”.

特定の例示的な実施形態では、前記装置は、マクロプレートウェルなど、個々のウェルを含んでいてもよい。マクロプレートウェルのサイズは、標準の6、24、96、384、1536、3456、または9600ウェルであってもよい。特定の例示的な実施形態では、本明細書で記載するシステムの要素は、分布および使用の前に冷凍乾燥され、ウェルの表面に塗布されていてもよい。 In certain exemplary embodiments, the device may include individual wells, such as macroplate wells. Macroplate well sizes may be standard 6, 24, 96, 384, 1536, 3456, or 9600 wells. In certain exemplary embodiments, the elements of the systems described herein may be freeze-dried and applied to the surfaces of the wells prior to distribution and use.

本明細書で開示される装置はさらに、入口と出口、すなわち開口部を含んでいてもよく、これらは装置に/から流体を導入する/取り出すためにバルブ、管、溝、チャンバー、および注射器、および/またはポンプと連結されていてもよい。前記装置は、マイクロ流体装置内で流体の方向性のある動きを可能にする流体流アクチュエーターと連結されていてもよい。アクチュエーターの例としては、これらに限定されないが、注射器ポンプ、機械的に作動する再循環ポンプ、電気浸透ポンプ、球、ふいご、ダイアフラム、または流体を動かすことを意図した気泡が挙げられる。特定の例示的な実施形態では、前記装置は、共に作動して装置を通って流体を移動させるプログラム可能な弁により制御装置と連結されている。特定の例示的な実施形態では、前記装置は、以下でさらに詳細に記載する制御装置に連結されている。この装置は、装置の入口に挿入する金属ピンで留めた管によりフローアクチュエーター、制御装置、試料充填装置に連結されていてもよい。 The devices disclosed herein may further include inlets and outlets, or openings, which are valves, tubes, channels, chambers, and syringes, for introducing/removing fluids to/from the device. and/or may be connected to a pump. The device may be coupled with a fluid flow actuator that enables directional movement of fluid within the microfluidic device. Examples of actuators include, but are not limited to, syringe pumps, mechanically actuated recirculation pumps, electroosmotic pumps, balls, bellows, diaphragms, or air bubbles intended to move fluid. In certain exemplary embodiments, the device is linked to a controller by programmable valves that act together to move fluid through the device. In certain exemplary embodiments, the device is linked to a controller, which is described in more detail below. The device may be connected to the flow actuator, controller and sample loading device by a metal pinned tube that is inserted into the inlet of the device.

本明細書に示すように、システムの要素は冷凍乾燥すると安定する。従って、支持装置を必要としない実施形態もまた想起される。すなわち、前記システムは、本明細書で開示される反応液を支持する任意の表面または流体に塗布して、その表面または溶液から検出可能な陽性信号を検出してもよい。冷凍乾燥に加えて、前記システムはまた、ペレットの形態で安定して保存・使用してもよい。好適なペレット形態を形成するのに有用な重合体は当該分野で知られている。 As shown herein, the elements of the system are stable when freeze-dried. Accordingly, embodiments that do not require a support device are also envisioned. That is, the system may be applied to any surface or fluid bearing reaction solution disclosed herein and detect a detectable positive signal from that surface or solution. In addition to freeze-drying, the system may also be stably stored and used in the form of pellets. Polymers useful in forming suitable pellet forms are known in the art.

特定の態様では、CRISPRエフェクタータンパク質は前記装置の個別の容積のそれぞれと結合している。個別の容積はそれぞれ、異なる標的分子に対して特異的な異なるガイドRNAを含んでいてもよい。特定の態様では、試料は、標的分子に対して特異的なガイドRNAをそれぞれ含む2つ以上の個別の容積を含む固体基質に曝されていてもよい。何らかの理論に束縛されるわけではないが、各ガイドRNAは試料からその標的分子を捕獲するので、試料を個別のアッセイに分割する必要がない。従って、有用な試料が保存されるかもしれない。エフェクタータンパク質は、親和性タグを含む融合タンパク質であってもよい。親和性タグは当該分野でよく知られている(例えば、HAタグ、Mycタグ,Flagタグ、Hisタグ、ビオチン)。エフェクタータンパク質はビオチン分子に結合されていてもよく、個別の容積はストレプトアビジンを含んでいてもよい。他の実施形態では、CRISPRエフェクタータンパク質はエフェクタータンパク質に特異的な抗体に結合している。CRISPR酵素を結合する方法は上述した(例えば、米国20140356867A1号を参照のこと)。 In certain aspects, a CRISPR effector protein is associated with each individual volume of the device. Each separate volume may contain a different guide RNA specific for a different target molecule. In certain aspects, the sample may be exposed to a solid substrate containing two or more separate volumes each containing guide RNA specific for a target molecule. Without being bound by any theory, each guide RNA captures its target molecule from the sample, eliminating the need to split the sample into separate assays. Therefore, useful samples may be preserved. The effector protein may be a fusion protein containing an affinity tag. Affinity tags are well known in the art (eg, HA tag, Myc tag, Flag tag, His tag, biotin). Effector proteins may be conjugated to biotin molecules and separate volumes may contain streptavidin. In other embodiments, the CRISPR effector protein is conjugated to an antibody specific for the effector protein. Methods for conjugating CRISPR enzymes are described above (see, eg, US20140356867A1).

本明細書で開示される装置はまた、他の方法で試料する当該分野で既知の診療現場(POC)装置の要素を含んでいてもよい。例えば、St John and Price, “Existing and Emerging Technologies for Point-of-Care Testing(診療現場試験のための新旧技術)” (Clin Biochem Rev. 2014 Aug; 35(3): 155-167)を参照のこと。 The devices disclosed herein may also include elements of point-of-care (POC) devices known in the art that otherwise sample. See, e.g., St John and Price, "Existing and Emerging Technologies for Point-of-Care Testing" (Clin Biochem Rev. 2014 Aug; 35(3): 155-167). matter.

本発明を無線ラボオンチップ(lab-on-chip = LOC、微小遺伝子分析)診断センサーシステムと共に用いてもよい(例えば、米国特許第9,470,699号“Diagnostic radio frequency identification sensors and applications thereof(診断用無線識別センサーとその用途)”を参照のこと)。特定の態様では、本発明は無線装置(例えば、携帯電話、個人用デジタル補助装置(PDA)、タブレット)によって制御されるLOCで実行され、結果は前記装置に報告される。 The present invention may also be used with wireless lab-on-chip (LOC, small gene analysis) diagnostic sensor systems (see, for example, US Pat. No. 9,470,699, "Diagnostic radio frequency identification sensors and applications thereof"). Radio Frequency Identification Sensors for Diagnostics and Their Applications)”). In certain aspects, the invention is implemented at a LOC controlled by a wireless device (eg, mobile phone, personal digital assistant (PDA), tablet) and results are reported to the device.

無線自動識別(radio frequency identification = RFID)タグシステムは、RFID読み取り器(質問器とも言う)によって受信されるデータを送信するRFIDタグを含む。典型的なRFIDシステムでは、個々の対象(例えば、店の商品)は、トランスポンダーを含む比較的小さいタグを備えている。トランスポンダーは、固有の電子的製品コードが付与されたメモリチップを持つ。RFID読み取り器は、通信試験規約の使用によりタグ内のトランスポンダーを作動させる信号を発する。従って、RFID読み取り器は、タグからデータを読み出し、タグにデータを書き込むことができる。また、RFIDタグ読み取り器は、RFIDタグシステムの用途に従ってデータを処理する。現在は、受動型および能動型のRFIDタグがある。受動型RFIDタグは内部電源を含んでいないが、RFID読み取り器から受信した無線周波数信号によって作動する。あるいは、能動型RFIDタグは、能動型RFIDタグを作動させることができる内部電源を含んでおり、送信範囲が広くメモリ容量が大きい。受動型タグを用いるか、能動型タグを用いるかは特定の用途によって決まる。 Radio frequency identification (RFID) tag systems include RFID tags that transmit data that are received by an RFID reader (also called interrogator). In a typical RFID system, individual objects (eg, items in a store) are equipped with relatively small tags containing transponders. A transponder has a memory chip with a unique electronic product code. The RFID reader emits a signal that activates the transponder in the tag through the use of communication test protocols. Thus, an RFID reader can read data from and write data to the tag. The RFID tag reader also processes the data according to the application of the RFID tag system. Currently there are passive and active RFID tags. Passive RFID tags do not contain an internal power source, but are powered by radio frequency signals received from an RFID reader. Alternatively, an active RFID tag includes an internal power source that can power the active RFID tag, has a wide transmission range and a large memory capacity. Whether to use passive or active tags depends on the particular application.

ラボオンチップ技術は科学文献によく記載されており、複数のマイクロ流体溝、入力、または化学ウェルからなる。無線自動識別(RFID)タグ技術を用いてウェル内の反応液を測定してもよい。RFID電子チップからの導電性のリード線は試験ウェルのそれぞれと直接連結されていてもよいからである。アンテナは電子チップの他の層に、あるいは直接装置の背面にプリントまたは実装されている。さらに、リード線、アンテナ、および電子チップはLOCチップに埋め込まれていてもよく、これにより電極または電子機器の短絡を防ぐことができる。LOCは複雑な試料の分離および分析を可能にし、この技術によって複雑または高価な読み取り器とは無関係にLOC試験を行うことができる。むしろ、簡単な無線装置(例えば、携帯電話やPDA)を用いてもよい。一態様では、無線装置はまたより複雑なLOC分析でマイクロ流体溝の分離および制御を制御する。一態様では、LEDおよび他の電子測定または感知装置はLOC-RFIDチップに含まれる。何らかの理論に束縛されるわけではないが、この技術は使い捨てで、研究室の外で行われる分離および混合を必要とする複雑な試験を可能にする。 Lab-on-a-chip technology is well documented in the scientific literature and consists of multiple microfluidic channels, inputs, or chemical wells. Radio frequency identification (RFID) tag technology may be used to measure the reactions in the wells. This is because conductive leads from the RFID electronic chip may be directly connected to each of the test wells. Antennas are printed or mounted on other layers of the electronic chip or directly on the back of the device. Additionally, leads, antennas, and electronic chips may be embedded in the LOC chip, which can prevent shorting of electrodes or electronics. LOC enables separation and analysis of complex samples, and this technique allows LOC testing independent of complex or expensive readers. Rather, a simple wireless device (eg, cell phone or PDA) may be used. In one aspect, the wireless device also controls the separation and control of microfluidic grooves with more complex LOC analysis. In one aspect, LEDs and other electronic measuring or sensing devices are included in the LOC-RFID chip. Without being bound by any theory, this technology is disposable and allows complex tests requiring separation and mixing to be performed outside the laboratory.

好ましい態様では、LOCはマイクロ流体装置であってもよい。LOCは受動型チップであってもよく、前記チップは無線装置により作動され、制御される。特定の態様では、 LOCは、試薬を保持するマイクロ流体溝、および試料を導入する溝を含む。特定の態様では、無線装置からの信号は、LOCに動力を送達し、試料とアッセイ試薬の混合を作動させる。具体的には、本発明の場合、システムはマスキング因子、CRISPRエフェクタータンパク質、および標的分子に特異的なガイドRNAを含んでいてもよい。LOCが作動すると、マイクロ流体装置は試料とアッセイ試薬を混合してもよい。混合すると、センサーは信号を検出して、結果を無線装置に送信する。特定の態様では、脱マスク剤は導電性RNA分子である。導電性RNA分子は導電性材料に付加されていてもよい。導電性分子は導電性ナノ粒子、導電性タンパク質、タンパク質に付加された金属粒子、または導電性のラテックスあるいはその他のビーズであってもよい。特定の態様では、DNAまたはRNAを用いる場合、導電性分子は対応するDNA鎖またはRNA鎖に直接付加されていてもよい。導電性分子が放出されると、センサーで検出してもよい。アッセイは1工程の過程であってもよい。 In preferred embodiments, the LOC may be a microfluidic device. The LOC may be a passive chip, said chip being activated and controlled by the wireless device. In certain aspects, the LOC includes microfluidic channels to hold reagents and channels to introduce samples. In certain aspects, a signal from the wireless device delivers power to the LOC to activate mixing of the sample and assay reagents. Specifically, for the present invention, the system may comprise a masking factor, a CRISPR effector protein, and a guide RNA specific for the target molecule. When the LOC is activated, the microfluidic device may mix the sample and assay reagents. Once mixed, the sensor detects the signal and transmits the result to the wireless device. In certain aspects, the unmasking agent is a conducting RNA molecule. A conductive RNA molecule may be attached to a conductive material. Conductive molecules may be conductive nanoparticles, conductive proteins, metal particles attached to proteins, or conductive latex or other beads. In certain aspects, when using DNA or RNA, the conductive molecule may be attached directly to the corresponding DNA or RNA strand. When the conductive molecule is released, it may be detected by a sensor. The assay may be a one-step process.

表面面積の導電率を測定することができるので、使い捨ての無線RFID電子アッセイで正確な定量結果が可能である。さらに、試験面積は非常に小さいので、所定の面積でより多くの試験を行うことができ、従ってコストを節約することができる。特定の態様では、個別のセンサーはそれぞれ、センサーに固定した異なるCRISPRエフェクタータンパク質とガイドRNAに関連付けられており、複数の標的分子を検出するのに用いられる。何らかの理論に束縛されるわけではないが、異なるセンサーの作動は無線装置によって区別されてもよい。 The ability to measure surface area conductivity enables accurate quantitative results in disposable wireless RFID electronic assays. Furthermore, since the test area is very small, more tests can be performed in a given area, thus saving costs. In certain embodiments, each individual sensor is associated with a different CRISPR effector protein and guide RNA immobilized on the sensor and used to detect multiple target molecules. Without wishing to be bound by any theory, the operation of different sensors may be distinguished by the wireless device.

本明細書で記載する導電性による方法に加えて、使い捨てRFIDアッセイ用の低基本コストの通信および動力プラットフォームとしてRFIDまたはブルートゥースに依存した他の方法を用いてもよい。例えば、光学手段を用いて所与の標的分子の存在およびその濃度を試験してもよい。特定の態様では、光学センサーは、蛍光マスキング因子の脱マスクを検出する。 In addition to the conductive methods described herein, other methods relying on RFID or Bluetooth may be used as a low base cost communication and power platform for disposable RFID assays. For example, optical means may be used to test for the presence and concentration of a given target molecule. In certain aspects, the optical sensor detects unmasking of the fluorescent masking agent.

特定の態様では、本発明の装置は、持ち運び可能な携帯アッセイ診断読み取り装置を含む(例えば、Vashist et al., Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management, Diagnostics 2014, 4(3), 104-128; mReader from Mobile Assay;およびHolomic Rapid Diagnostic Test Readerを参照のこと)。 In certain embodiments, the devices of the invention comprise portable handheld assay diagnostic readers (e.g. Vashist et al., Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management, Diagnostics 2014, 4(3 ), 104-128; mReader from Mobile Assay; and Holomic Rapid Diagnostic Test Reader).

本明細書に示すように、特定の実施形態は、信号を読み出すためのより複雑な検出装置へのアクセスが限定され得るPOC状況および/または資源が乏しい環境で実施形態を用いる場合に、特定の付随する恩恵を持つ比色変化により検出が可能である。しかしながら、本明細書で開示される持ち運び可能な実施形態はまた、可視光の範囲外での信号を検出することができる携帯分光光度計と連結されていてもよい。本発明と組合せて用いてもよい携帯分光光度計装置の一例は、Das et al. “Ultra-portable, wireless smartphone spectrophotometer for rapid, non-destructive testing of fruit ripeness(果実の塾度を迅速に非破壊検査するための超小型無線スマートフォン分光光度計).” Nature Scientific Reports. 2016, 6:32504, DOI: 10.1038/srep32504に記載されている。最後に、量子ドット系のマスキング構築物を用いる特定の実施形態では、量子ドットによってもたらされるほぼ完全な量子収率のおかげで携帯UV光装置あるいは他の好適な装置を用いると信号をうまく検出することがある。

例示的な方法およびアッセイ
As shown herein, certain embodiments are particularly useful when using the embodiments in POC situations and/or resource-poor environments where access to more complex detection equipment for signal readout may be limited. Detection is possible by a colorimetric change with attendant benefits. However, the portable embodiments disclosed herein may also be coupled with portable spectrophotometers capable of detecting signals outside the visible light range. An example of a portable spectrophotometer device that may be used in conjunction with the present invention is Das et al. "Ultra-portable, wireless smartphone spectrophotometer for rapid, non-destructive testing of fruit ripeness." 2016, 6:32504, DOI: 10.1038/srep32504. Finally, in certain embodiments using quantum dot-based masking constructs, the signal can be successfully detected using a portable UV light device or other suitable device due to the near-perfect quantum yield provided by the quantum dots. There is

Exemplary methods and assays

アッセイプラットフォームは低コストで適応性があるので、(i)汎用RNA/DNA/タンパク質定量、(ii)RNA/DNAおよびタンパク質の発現の高速多重複検出、および(iii)臨床および環境試料中の標的核酸、ペプチド、およびタンパク質の高感度検出を含む複数の用途に適している。また、本明細書で開示されるシステムは、細胞などの生物学的設定内で転写物を検出するのに用いられてもよい。本明細書で記載するCRISPRエフェクターの非常に特異的な性質を仮定すると、生きた細胞内で転写物のアレル特異的発現または疾患に関連付けられた変異を追跡することが可能な場合がある。 The assay platform is low-cost and adaptable for (i) universal RNA/DNA/protein quantification, (ii) rapid multiplex detection of RNA/DNA and protein expression, and (iii) targets in clinical and environmental samples. Suitable for multiple applications including sensitive detection of nucleic acids, peptides and proteins. The systems disclosed herein may also be used to detect transcripts within biological settings such as cells. Given the highly specific nature of the CRISPR effectors described herein, it may be possible to follow allele-specific expression of transcripts or disease-associated mutations in living cells.

特定の例示的な実施形態では、1つの標的に特異的な1つのガイドRNAは個別の容積に入れられている。次いで、各容積は同じ試料の異なる試料またはその一部を受容してもよい。特定の例示的な実施形態では、個別の標的に対する複数のガイドRNAはそれぞれ、複数の標的が異なるウェルで選別されるように1つのウェルに入れられていてもよい。特定の例示的な実施形態で1つの容積内で複数のガイドRNAを検出するために、異なる特異性を持った複数のエフェクタータンパク質を用いてもよい。例えば、異なる配列特異性を持つ異なる相同分子種を用いてもよい。例えば、ある相同分子種はAを優先的に切断するが、他の相同分子種はC、U、またはTを優先的に切断する。従って、1ヌクレオチド全体、または実質的にその一部を含むガイドRNAをそれぞれ異なる蛍光色素分子と共に生成してもよい。このように4つの異なる標的を1つの個別の容積で選別してもよい。 In certain exemplary embodiments, one guide RNA specific for one target is contained in separate volumes. Each volume may then receive a different sample or portion thereof of the same sample. In certain exemplary embodiments, multiple guide RNAs for individual targets may each be placed in one well such that multiple targets are sorted in different wells. Multiple effector proteins with different specificities may be used to detect multiple guide RNAs within one volume in certain exemplary embodiments. For example, different orthologues with different sequence specificities may be used. For example, some orthologs preferentially cleave A, while other orthologs preferentially cleave C, U, or T. Thus, guide RNAs containing all or substantially a portion of one nucleotide may be generated each with a different fluorophore. Thus four different targets may be sorted in one separate volume.

上で示したように、CRISPRエフェクター系は標的分子のアトモル濃度で検出することができる。例えば、図13、図14、図19、図22および以下に記載する実施例を参照のこと。前記システムの感度により、高速で高感度な検出が要求される複数の用途は本明細書で開示される実施形態から恩恵を得られる場合があり、本発明の範囲内で想起される。以下で例示的なアッセイおよび用途をさらに詳細に記載する。

微生物への応用
As indicated above, the CRISPR effector system can detect attomolar concentrations of target molecules. See, eg, FIGS. 13, 14, 19, 22 and the examples described below. Due to the sensitivity of the system, multiple applications requiring fast and sensitive detection may benefit from the embodiments disclosed herein and are envisioned within the scope of the present invention. Exemplary assays and uses are described in further detail below.

Application to microorganisms

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示されるシステム、装置、および方法は、試料(例えば、対象者から得た生体試料)中の1種以上の微生物因子の存在を検出することに関する。特定の例示的な実施形態では、微生物は細菌、真菌、酵母菌、原生動物、寄生虫、またはウイルスであってもよい。従って、本明細書で開示される方法は、微生物種の素早い同定、微生物タンパク質(抗原)、抗体、抗体遺伝子の存在の監視、特定の表現型(例えば、細菌耐性)の検出、疾患の進行および/または大流行の監視、および抗生物質の選別を必要とする他の方法と共に他の方法での用途(またはそれとの併用)に用いられてもよい。本明細書で開示される実施形態の高速で高感度な診断能、1ヌクレオチドの違いでの微生物種の検出、およびPOC装置としての展開能により、本明細書で開示される実施形態を用いて、適切な抗生物質または抗ウイルス剤の選択など治療計画を導いてもよい。本明細書で開示される実施形態を用いて、微生物汚染の存在について環境試料(空気、水、表面、食品など)を選別してもよい。 In certain exemplary embodiments, the systems, devices, and methods disclosed herein detect the presence of one or more microbial agents in a sample (e.g., a biological sample obtained from a subject). Regarding. In certain exemplary embodiments, the microorganism may be a bacterium, fungus, yeast, protozoan, parasite, or virus. Thus, the methods disclosed herein are useful for rapid identification of microbial species, monitoring the presence of microbial proteins (antigens), antibodies, antibody genes, detecting specific phenotypes (e.g., bacterial resistance), disease progression and /or may be used in (or in combination with) other methods of application in conjunction with pandemic surveillance and other methods requiring antibiotic selection. Due to the rapid and sensitive diagnostic capabilities of the embodiments disclosed herein, the detection of microbial species with a single nucleotide difference, and the ability to deploy as a POC device, using the embodiments disclosed herein , may guide treatment regimens such as selection of appropriate antibiotics or antiviral agents. Embodiments disclosed herein may be used to screen environmental samples (air, water, surfaces, food, etc.) for the presence of microbial contamination.

微生物種(例えば、細菌、ウイルス、真菌、酵母菌、または寄生虫などの種)を同定する方法が開示されている。本明細書で開示される特定の実施形態は、1つの試料中、または複数の試料に亘って微生物種を同定および区別して多くの異なる微生物を認識することができる方法およびシステムを記載する。本発明の方法によって、生物学的試料または環境試料中で標的核酸配列の存在を検出することで試料中の病原体を検出し、1種以上の生物(例えば、細菌ウイルス、酵母菌、原生動物、および菌類、またはこれらの組合せ)のうちの2つ以上の種を区別することができる。試料から得られた陽性信号は、微生物が存在することを示している。本発明の方法およびシステムを用いて2種以上のエフェクタータンパク質を用いることで複数の微生物を同時に同定することができる。ここで、各エフェクタータンパク質は特異的な微生物標的配列を標的する。このように、任意の数の微生物を一度に検出することができる多レベル分析を特定の対象者に行ってもよい。態様によっては、1つ以上の微生物種を同定することができる1組のプローブを用いて複数の微生物を同時に検出してもよい。 Disclosed are methods of identifying microbial species (eg, species such as bacteria, viruses, fungi, yeast, or parasites). Certain embodiments disclosed herein describe methods and systems that can identify and differentiate microbial species to recognize many different microorganisms in a single sample or across multiple samples. The methods of the invention detect a pathogen in a sample by detecting the presence of a target nucleic acid sequence in a biological or environmental sample and detect one or more organisms (e.g., bacterial viruses, yeast, protozoa, and fungi, or combinations thereof) can be distinguished. A positive signal obtained from the sample indicates the presence of microorganisms. Multiple microorganisms can be identified simultaneously using more than one effector protein using the methods and systems of the present invention. Here, each effector protein targets a specific microbial target sequence. In this way, a multi-level assay that can detect any number of microorganisms at once may be performed on a particular subject. In some embodiments, multiple microorganisms may be detected simultaneously using a set of probes capable of identifying one or more microbial species.

試料の多重分析により、試料の大規模検出が可能になり、分析にかかる時間とコストが低減される。しかしながら、多重分析は生体試料の有効性によって限定されることが多い。しかしながら、本発明によれば、複数のエフェクタータンパク質を1つの試料に加えて各マスキング構築物が個別のクエンチャー色素と結合するような、多重分析に対する代替え方法を行ってもよい。この場合、1つの試料で複数の検出を行うために陽性信号を各クエンチャー色素から個別に得てもよい。 Multiplex analysis of samples allows for large scale detection of samples, reducing the time and cost of analysis. However, multiplex analysis is often limited by the availability of biological samples. However, according to the present invention, an alternative method to multiplex analysis may be performed, such as adding multiple effector proteins to one sample and each masking construct is bound to a separate quencher dye. In this case, a positive signal may be obtained from each quencher dye separately for multiple detections in one sample.

試料中の1種以上の生物のうち2つ以上の種を区別する方法が開示されている。前記方法はまた、試料中で1種以上の生物のうち1つ以上の種を検出するのに適している。

微生物の検出
Methods are disclosed for distinguishing between two or more species of one or more organisms in a sample. The method is also suitable for detecting one or more species of one or more organisms in a sample.

Microorganism detection

態様によっては、試料中で微生物を検出する方法が提供される。前記方法は、1つの試料または1組の試料を本明細書で記載するCRISPR系を含む1つ以上の個別の容積に分配すること;1種以上の微生物に特異的な標的に1種以上のガイドRNAが結合するのに十分な条件で前記1つの試料または1組の試料をインキュベートすること;前記1種以上のガイドRNAの1種以上の標的分子への結合によりCRISPRエフェクタータンパク質を活性化させること(ここで、CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるようにRNA系マスキング構築物が修飾される);および検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、検出可能な陽性信号の検出は、試料中に1種以上の標的分子が存在することを示す)を含む。1種以上の標的分子は、2つ以上の微生物の種/株を互いに区別するのに用いてもよい標的ヌクレオチド配列を含むmRNA、gDNA(コードまたは非コード)、trRNA、またはRNAであってもよい。ガイドRNAは標的配列を検出するように設計されてもよい。本明細書で開示される実施形態はまた、ガイドRNAと標的RNA配列のハイブリダイゼーションを向上させる特定の工程を用いてもよい。リボ核酸ハイブリダイゼーションを増強する方法がWO2015/085194(名称は“Enhanced Methods of Ribonucleic Acid Hybridization(強化されたリボ核酸ハイブリダイゼーション法)”)に開示されており、その内容を参照により本明細書に組み込む。微生物に特異的な標的はRNAまたはDNAまたはタンパク質であってもよい。DNAなら、前記方法は、本明細書で記載するRNAポリメラーゼプロモーターを導入するDNAプライマーの使用をさらに含んでいてもよい。標的がタンパク質である場合、前記方法は本明細書で記載するタンパク質の検出に特異的なアプタマーおよび工程を用いる。

一塩基多様体の検出
In some embodiments, methods of detecting microorganisms in a sample are provided. The method includes dispensing a sample or set of samples into one or more discrete volumes containing a CRISPR system described herein; incubating the sample or set of samples under conditions sufficient for the guide RNA to bind; allowing the binding of the one or more guide RNAs to one or more target molecules to activate the CRISPR effector proteins. (where activation of the CRISPR effector protein modifies the RNA-based masking construct such that a detectable positive signal is produced); and detecting the detectable positive signal (where detection Detection of a possible positive signal indicates the presence of one or more target molecules in the sample). The one or more target molecules may be mRNA, gDNA (coding or non-coding), trRNA, or RNA containing a target nucleotide sequence that may be used to distinguish two or more microbial species/strains from each other. good. A guide RNA may be designed to detect a target sequence. Embodiments disclosed herein may also employ certain steps to enhance the hybridization of guide RNA and target RNA sequences. Methods for enhancing ribonucleic acid hybridization are disclosed in WO2015/085194, entitled "Enhanced Methods of Ribonucleic Acid Hybridization", the contents of which are incorporated herein by reference. . Microorganism-specific targets may be RNA or DNA or proteins. For DNA, the method may further comprise the use of DNA primers that introduce the RNA polymerase promoters described herein. When the target is a protein, the method uses aptamers and processes specific for protein detection as described herein.

Detection of single nucleotide variants

態様によっては、本明細書で記載する標的配列に特異的でそれに結合するガイドRNAを用いて1つ以上の同定された標的配列を検出してもよい。本発明のシステムおよび方法は、異なる微生物種の中に存在する一塩基多型さえも区別することができ、従って、本発明による複数のガイドRNAの使用は種を区別するのに用いられてもよい標的配列をさらに拡張または向上させてもよい。例えば、実施形態によっては、1種以上のガイドRNAは、微生物を種、属、科、目、綱、門、界、表現型、またはこれらの組合せで区別してもよい。

rRNA配列に基づく検出
In some embodiments, one or more of the identified target sequences may be detected using guide RNAs that are specific for and bind to the target sequences described herein. The systems and methods of the present invention can distinguish even single nucleotide polymorphisms present in different microbial species, thus the use of multiple guide RNAs according to the present invention can be used to distinguish between species. Good target sequences may be further expanded or improved. For example, in some embodiments, one or more guide RNAs may distinguish microorganisms by species, genus, family, order, class, phylum, kingdom, phenotype, or a combination thereof.

Detection based on rRNA sequence

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される装置、システム、および方法を用いて試料中の複数の微生物種を区別してもよい。特定の例示的な実施形態では、同定は16S、23S、および5Sサブユニットを含むリボソームRNA配列に基づいていてもよい。関連するrRNA配列を同定する方法は、米国特許出願公開第2017/0029872号に開示されている。特定の例示的な実施形態では、1組のガイドRNAは、各種または株に固有の可変領域によって各種を区別するように設計されていてもよい。ガイドRNAはまた、属、科、目、綱、門、界、またはこれらの組合せで微生物を区別する標的RNA遺伝子に対して設計されてもよい。増幅が用いられる特定の例示的な実施形態では、1組の増幅プライマーはリボソームRNA配列の隣接定常領域に対して設計され、ガイドRNAは内部可変領域によって各種を区別するように設計されていてもよい。特定の例示的な実施形態では、プライマーおよびガイドRNAはそれぞれ、16Sサブユニットの保存された可変領域に対して設計されていてもよい。種または種の下位集合(例えば、RecA遺伝子ファミリー、RNAポリメラーゼβサブユニット)に亘って固有に変化する他の遺伝子またはゲノム領域を用いてもよい。他の好適な系統発生マーカーおよびそれを同定する方法は、例えば、Wu et al. arXiv:1307.8690 [q-bio.GN]に記載されている。 In certain exemplary embodiments, the devices, systems, and methods disclosed herein may be used to distinguish between multiple microbial species in a sample. In certain exemplary embodiments, identification may be based on ribosomal RNA sequences containing the 16S, 23S, and 5S subunits. Methods for identifying related rRNA sequences are disclosed in US Patent Application Publication No. 2017/0029872. In certain exemplary embodiments, the set of guide RNAs may be designed to distinguish species by species or strain-specific variable regions. Guide RNAs may also be designed against target RNA genes that distinguish microorganisms by genus, family, order, class, phylum, kingdom, or combinations thereof. In certain exemplary embodiments where amplification is used, the set of amplification primers is designed to flanking constant regions of the ribosomal RNA sequence, and the guide RNA may be designed to distinguish between species by internal variable regions. good. In certain exemplary embodiments, the primers and guide RNA may each be designed against the conserved variable region of the 16S subunit. Other genes or genomic regions that vary uniquely across species or subsets of species (eg, RecA gene family, RNA polymerase β subunit) may be used. Other suitable phylogenetic markers and methods of identifying them are described, for example, in Wu et al. arXiv:1307.8690 [q-bio.GN].

特定の例示的な実施形態では、方法または診断は、同時に複数の系統発生的および/または表現型レベルに亘って微生物を選別するように設計されてもよい。例えば、方法または診断は、複数のCRISPR系を異なるガイドRNAと共に使用することを含んでいてもよい。第一の組のガイドRNAは、例えば、マイコバクテリウム、グラム陽性およびグラム陰性細菌を区別してもよい。これらの一般的な綱はさらに下位分割されてもよい。例えば、グラム陰性細菌内で腸溶性のものと非腸溶性のものを区別するガイドRNAを設計し、前記方法または診断で用いてもよい。第二の組のガイドRNAを、属または種レベルで微生物を区別するように設計してもよい。従って、マトリックスが生成されて、所与の試料中で同定された、これら綱のうちの1つに入る細菌種の各属によりマイコバクテリウム、グラム陽性およびグラム陰性細菌(さらに腸溶性のものと非腸溶性のものに分割)をすべて同定してもよい。上記は、例えばこれらの目的のためだけである。他の微生物種を分類する他の手段もまた想起され、上記の一般的な構造に従う。

薬剤耐性のための選別
In certain exemplary embodiments, methods or diagnostics may be designed to sort microorganisms across multiple phylogenetic and/or phenotypic levels simultaneously. For example, a method or diagnosis may involve using multiple CRISPR systems with different guide RNAs. The first set of guide RNAs may, for example, distinguish between Mycobacterium, Gram-positive and Gram-negative bacteria. These general classes may be further subdivided. For example, a guide RNA that distinguishes between enteric and non-enteric within Gram-negative bacteria may be designed and used in the method or diagnosis. A second set of guide RNAs may be designed to distinguish microorganisms at the genus or species level. Thus, a matrix is generated to contain Mycobacterium, Gram-positive and Gram-negative bacteria (also enteric and enteric) with each genus of bacterial species within one of these classes identified in a given sample. divided into non-enteric) may be identified. The above is for example only for these purposes. Other means of classifying other microbial species are also envisioned and follow the general structure above.

Screening for drug resistance

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される装置、システム、および方法を用いて対象の微生物遺伝子(例えば、抗生物質および/または抗ウイルス剤耐性遺伝子)を選別してもよい。ガイドRNAは、対象の既知の遺伝子を区別するように設計されてもよい。臨床試料を含む試料は、次いで、そのような遺伝子の検出のための本明細書で開示される実施形態を用いて選別されてもよい。POCで薬物耐性を選別する能力は、適切な治療計画を選択する上で多大な恩恵がある。特定の例示的な実施形態では、抗生物質耐性遺伝子は、KPC、NDM1、CTX-M15、OXA-48を含むカルバペネマーゼである。他の抗生物質耐性遺伝子は既知であり、例えば、Comprehensive Antibiotic Resistance Database(包括的抗生物質耐性データベース) (Jia et al. “CARD 2017: expansion and model-centric curation of the Comprehensive Antibiotic Resistance Database(包括的抗生物質耐性データベースの展開とモデルを中心とするキュレーション).” Nucleic Acids Research, 45, D566-573)で見出せる場合がある。 In certain exemplary embodiments, the devices, systems, and methods disclosed herein may be used to screen for microbial genes of interest (eg, antibiotic and/or antiviral drug resistance genes). Guide RNAs may be designed to distinguish between known genes of interest. Samples, including clinical samples, may then be screened using embodiments disclosed herein for detection of such genes. The ability to screen for drug resistance in POC is of great benefit in selecting appropriate treatment regimens. In certain exemplary embodiments, the antibiotic resistance gene is a carbapenemase, including KPC, NDM1, CTX-M15, OXA-48. Other antibiotic resistance genes are known, see, for example, the Comprehensive Antibiotic Resistance Database (Jia et al. “CARD 2017: expansion and model-centric curation of the Comprehensive Antibiotic Resistance Database”). Development of substance resistance databases and curation centered on models).” Nucleic Acids Research, 45, D566-573).

リバビリンは、複数のRNAウイルスを攻撃する有効な抗ウイルス剤である。いくつかの臨床的に重要なウイルスはリバビリン耐性を発達させた。そのような例として、口蹄疫ウイルスdoi:10.1128/JVI.03594-13;ポリオウイルス (Pfeifer and Kirkegaard. PNAS, 100(12):7289-7294, 2003);およびC型肝炎ウイルス (Pfeiffer and Kirkegaard, J. Virol. 79(4):2346-2355, 2005)。複数の他の耐性RNAウイルス(例えば、肝炎およびHIV)は既存の抗ウイルス薬物に対する耐性を発達させた:B型肝炎ウイルス(ラミブジン、テノホビル、エンテカビル)doi:10/1002/hep22900;C型肝炎ウイルス(テラプレビル、BILN2061、ITMN-191、SCh6、ボセプレビル、AG-021541、ACH-806)doi:10.1002/hep.22549;およびHIV(多くの薬物耐性変異)hivb.standford.edu.。本明細書で開示される実施形態を用いてとりわけそのような多様体を検出してもよい。 Ribavirin is a potent antiviral agent that attacks multiple RNA viruses. Several clinically important viruses have developed ribavirin resistance. Examples of such include foot-and-mouth disease virus doi:10.1128/JVI.03594-13; poliovirus (Pfeifer and Kirkegaard. PNAS, 100(12):7289-7294, 2003); Virol. 79(4):2346-2355, 2005). Several other resistant RNA viruses (e.g. hepatitis and HIV) have developed resistance to existing antiviral drugs: hepatitis B virus (lamivudine, tenofovir, entecavir) doi: 10/1002/hep22900; hepatitis C virus (telaprevir, BILN2061, ITMN-191, SCh6, boceprevir, AG-021541, ACH-806) doi: 10.1002/hep.22549; and HIV (many drug resistance mutations) hivb.standford.edu. Embodiments disclosed herein may be used to detect such variants, among others.

薬物耐性とは別に、本明細書で開示される実施形態で検出することができる臨床的に関連する変異が複数ある。例えば、LCMVの耐性ウイルス急性感染(doi:10.1073/pnas.1019304108)、およびエボラの高まる感染力(Diehl et al. Cell. 2016, 167(4):1088-1098)が挙げられる。 Apart from drug resistance, there are multiple clinically relevant mutations that can be detected with the embodiments disclosed herein. For example, resistant viral acute infections of LCMV (doi:10.1073/pnas.1019304108), and increased infectivity of Ebola (Diehl et al. Cell. 2016, 167(4):1088-1098).

本明細書の他の箇所で記載するように、密接に関連した微生物種(例えば、所与の標的配列で1ヌクレオチドの違いを持つ)は、gRNAへの合成による不一致の導入によって区別してもよい。

集合被覆法
As described elsewhere herein, closely related microbial species (e.g., with a single nucleotide difference at a given target sequence) may be distinguished by the introduction of synthetic mismatches into the gRNA. .

set cover method

特定の実施形態では、1組のガイドRNAは、例えば、規定された組の微生物内ですべての微生物種を同定することができるように設計されている。このような方法は特定の例示的な実施形態で記載されており、本明細書で記載するガイドRNAを生成する方法をWO2017/040316(参照により本明細書に組み込まれる)で開示されている方法と比較してもよい。WO2017040316で記載されているように、集合被覆による解決は、標的配列全体または1組の標的配列(例えば1組のゲノム配列)を被覆するのに必要な最少の数の標的配列プローブまたはガイドRNAを同定してもよい。従来、集合被覆法を用いて、典型的には20~50塩基対の範囲でプライマーおよび/またはマイクロアレイプローブを同定していた。例えば、以下を参照のこと:Pearson et al., cs.virginia.edu/~robins/papers/primers_dam11_final.pdf., Jabado et al. Nucleic Acids Res. 2006 34(22):6605-11, Jabado et al. Nucleic Acids Res. 2008, 36(1):e3 doi10.1093/nar/gkm1106, Duitama et al. Nucleic Acids Res. 2009, 37(8):2483-2492, Phillippy et al. BMC Bioinformatics. 2009, 10:293 doi:10.1186/1471-2105-10-293。しかしながら、そのような方法は、一般に各プライマー/プローブをk-merとして処理して、正確な一致を検索する、あるいは接尾辞アレイを用いて不正確な一致を可能にすることに関与していた。また、これらの方法は、一般に、各入力配列のみが1つのプライマーまたはプローブと結合する必要があり、この配列に沿った結合位置が不適切であるようにプライマーまたはプローブを選択することによりハイブリダイゼーションを検出するのに二項法を取る。代替え方法は、標的ゲノムを分割して予め規定した窓に入れ、二項法で個別の入力配列として各窓を有効に処理してもよい。すなわち、これらの方法は、所与のプローブまたはガイドRNAが各窓の内側に結合するかどうかを決定し、すべての窓がプローブまたはガイドRNAの開始に結合していることを必要とする。これらの方法は、入力配列全体または予め規定した窓の入力配列のいずれかとして集合被覆問題における「ユニバース(データセット)」の各要素を効果的に処理し、各要素は、プローブまたはガイドRNAの開始が要素内に結合していると「被覆された」と見なされる。異なるプローブまたはガイドRNAの設計は所与の標的配列をカバーするが、これらの方法はこの設計に対して流動性を制限する。 In certain embodiments, a set of guide RNAs is designed, for example, to allow identification of all microbial species within a defined set of microorganisms. Such methods are described in certain exemplary embodiments, and methods for generating the guide RNAs described herein are disclosed in WO2017/040316 (incorporated herein by reference). can be compared with As described in WO2017040316, population coverage solves the minimum number of target sequence probes or guide RNAs required to cover the entire target sequence or set of target sequences (e.g., set of genomic sequences). may be identified. Traditionally, aggregate coverage methods have been used to identify primers and/or microarray probes typically in the 20-50 base pair range. See, for example: Pearson et al., cs.virginia.edu/~robins/papers/primers_dam11_final.pdf., Javado et al. Nucleic Acids Res. 2006 34(22):6605-11, Javado et al. 2008, 36(1):e3 doi10.1093/nar/gkm1106, Duitama et al. Nucleic Acids Res. 2009, 37(8):2483-2492, Phillippy et al. BMC Bioinformatics. 2009, 10 :293 doi:10.1186/1471-2105-10-293. However, such methods generally involved treating each primer/probe as a k-mer to search for exact matches, or using suffix arrays to allow for imprecise matches. . Also, these methods generally require that only one primer or probe bind to each input sequence, and the hybridization is accomplished by choosing primers or probes such that binding positions along this sequence are inappropriate. We take the binomial method to detect . An alternative method may be to partition the target genome into predefined windows, effectively treating each window as a separate input sequence in the binomial method. That is, these methods determine whether a given probe or guide RNA binds inside each window and require that all windows bind to the beginning of the probe or guide RNA. These methods effectively treat each element of the "universe (data set)" in the set coverage problem as either the entire input sequence or the input sequence of a predefined window, each element representing a probe or guide RNA. An initiation is considered "covered" if it is bound within an element. Different probe or guide RNA designs will cover a given target sequence, but these methods limit the flexibility for this design.

これに対して、本明細書で開示される実施形態は、長い、例えば、ハイブリッド選択配列決定に好適な70bp~200bpの範囲の長さを持つプローブまたはガイドRNAを検出することに関する。また、WO2017/040316で開示される方法をここに応用して、大型および/または可変標的配列組のすべての種および/または株の配列の検出配列決定を同定し容易にすることができるプローブまたはガイドRNA組を規定することができる汎標的配列法を取ってもよい。例えば、本明細書で開示される方法を用いて、所与のウイルスのすべての多様体を、あるいは1回のアッセイでの複数の異なるウイルスを同定してもよい。さらに、本明細書で開示される方法は、標的配列のヌクレオチドとして集合被覆問題における「ユニバース」の各要素を処理して、プローブまたはガイドRNAがその要素を含む標的ゲノムのある分節に結合している限り各要素は「被覆された」と見なされる。このような種類の集合被覆法は、従来の二項法に代わりに用いられてもよく、本明細書で開示される方法は、プローブまたはガイドRNAを標的配列にどのようにハイブリダイズするかについてよりよいモデルである。所与のガイドRNA配列が所与の窓に結合しているか否かを尋ねるのみではなく、むしろ、これらの方法を用いて、プローブまたはガイドRNAが1つまたは複数の標的配列に結合するハイブリダイゼーションパターンを検出してもよい。次いで、これらのハイブリダイゼーションパターンから、試料からの濃縮と任意およびすべての標的配列の配列決定の両方を行うことができる程度に前記組の標的配列を被覆するのに必要な最少の数のプローブまたはガイドRNAを決定する。これらのハイブリダイゼーションパターンは、損失関数を最少にする特定のパラメータを規定することで決定されてもよく、これにより、各種でパラメータを変動させる(例えば、各種の多様性を反映させる)ように、また計算効率がいいように最少プローブまたガイドRNA組を同定することができる。計算効率は、従来プローブまたはガイドRNA設計の文脈で適用されていたような集合被覆による解決をそのまま適用しても達成することができない。 In contrast, embodiments disclosed herein relate to detecting long probes or guide RNAs, eg, with lengths in the range of 70 bp to 200 bp suitable for hybrid selection sequencing. The methods disclosed in WO2017/040316 can also be applied herein to identify and facilitate detection sequencing of sequences of all species and/or strains of large and/or variable target sequence sets. A pan-target sequence approach may be taken in which a set of guide RNAs can be defined. For example, the methods disclosed herein may be used to identify all variants of a given virus, or multiple different viruses in a single assay. In addition, the methods disclosed herein treat each element of the "universe" in the set coverage problem as a nucleotide of the target sequence such that the probe or guide RNA binds to some segment of the target genome containing that element. Each element is considered "coated" as long as it is covered. These types of population coverage methods may be used in place of traditional binomial methods, and the methods disclosed herein provide guidance on how probes or guide RNAs hybridize to target sequences. A better model. Hybridization in which the probe or guide RNA binds to one or more target sequences using these methods rather than just asking whether a given guide RNA sequence binds to a given window. Patterns may be detected. From these hybridization patterns, the minimum number of probes or Determine the guide RNA. These hybridization patterns may be determined by defining specific parameters that minimize the loss function, thereby varying the parameters in each species (e.g., to reflect the diversity of each species). Also, minimal probe or guide RNA sets can be identified in a computationally efficient manner. Computational efficiency cannot be achieved by direct application of the set-covering solution as traditionally applied in the context of probe or guide RNA design.

複数の転写物の多さを検出する能力により、特定の表現型を示す固有の微生物の特徴を生成することが可能な場合がある。様々な機械学習技術を用いて、遺伝子の特徴を生成させてもよい。従って、CRISPR系のガイドRNAを用いて、特定の表現型を検出するために遺伝子の特徴によって規定された生体指標の相対量を同定および/または定量してもよい。特定の例示的な実施形態では、遺伝子の特徴は、抗生物質に対する感受性、抗生物質に対する耐性、またはこれらの組合せを示す。 The ability to detect abundance of multiple transcripts may allow the generation of unique microbial signatures that exhibit particular phenotypes. Various machine learning techniques may be used to generate genetic signatures. Thus, CRISPR-based guide RNAs may be used to identify and/or quantify the relative abundance of biomarkers defined by genetic signatures to detect specific phenotypes. In certain exemplary embodiments, the genetic signature indicates susceptibility to antibiotics, resistance to antibiotics, or a combination thereof.

本発明の一側面では、方法は1種以上の病原体を検出することを含む。このように、個々の微生物による対象者の感染の区別を得てもよい。態様によっては、このような区別により、臨床医が特定の疾患(例えば、疾患の異なる多様体)を検出または診断することができる場合がある。病原体の配列は、病原体のゲノムまたはその断片であることが好ましい。前記方法は、病原体の進化を決定することをさらに含んでいてもよい。病原体の進化の決定は、病原体の変異、例えば、ヌクレオチド欠失、ヌクレオチド挿入、ヌクレオチド置換などの同定を含んでいてもよい。後者のうち、非同義置換、同義置換、および非コード置換がある。変異は発生時には非同義的であることが多い。前記方法は、上記のように分析した2つの病原体配列間での置換率を決定することをさらに含んでいてもよい。しかしながら、変異が有害であるか、あるいは適応可能であるかは機能分析を必要とし、非同義変異の率は、この流行の進行の継続が病原体の順応の機会を与え得ることを示唆しており、急速な封じ込めに対する要求が強調される。従って、前記方法は、ウイルス順応の危険性を評価することをさらに含んでいてもよく、非同義変異の数が決定される(Gire, et al., Science 345, 1369, 2014)。

微生物発生の監視
In one aspect of the invention, the method includes detecting one or more pathogens. In this way, differentiation of a subject's infection by individual microorganisms may be obtained. In some embodiments, such distinctions may allow clinicians to detect or diagnose specific diseases (eg, different variants of the disease). Preferably, the pathogen sequence is the genome of the pathogen or a fragment thereof. The method may further comprise determining pathogen evolution. Determining pathogen evolution may include identifying pathogen mutations, eg, nucleotide deletions, nucleotide insertions, nucleotide substitutions, and the like. Among the latter are non-synonymous substitutions, synonymous substitutions, and non-coding substitutions. Mutations are often non-synonymous during development. The method may further comprise determining the substitution rate between the two pathogen sequences analyzed as described above. However, whether a mutation is deleterious or adaptive requires functional analysis, and the rate of nonsynonymous mutations suggests that the continuation of this epidemic's progression may provide an opportunity for pathogen adaptation. , emphasizing the need for rapid containment. Accordingly, the method may further comprise assessing the risk of viral adaptation and the number of non-synonymous mutations determined (Gire, et al., Science 345, 1369, 2014).

Microbial development monitoring

態様によっては、本明細書で記載するCRISPR系またはその使用方法を用いて、病原体発生の進化を決定してもよい。この方法は、1人以上の対象者に由来する複数の試料に由来する1つ以上の標的配列を含んでいてもよい。ここで、前記標的配列は、大流行を引き起こす微生物由来の配列である。このような方法は、病原体の伝染パターンまたは病原体によって引き起こされる疾患の発生に関与する反応機構を決定することをさらに含んでいてもよい。 In some embodiments, the CRISPR system or methods of use thereof described herein may be used to determine the evolution of pathogen development. The method may involve one or more target sequences derived from multiple samples from one or more subjects. Here, said target sequence is a sequence from an outbreak-causing microorganism. Such methods may further comprise determining the transmission pattern of the pathogen or the reaction mechanisms involved in the development of disease caused by the pathogen.

病原体の伝染パターンは、病原体の天然の供給源からの継続した新しい感染または対象から対象への感染(例えば、ヒトからヒトへの感染)を含み、その後、天然の供給源からの単一感染または両方の混合となってもよい。一態様では、病原体の伝染は細菌またはウイルスの伝染であってもよく、そのような場合、標的配列微生物ゲノムまたはその断片であることが好ましい。一態様では、病原体の伝染パターンは病原体の伝染の初期パターン、すなわち病原体の大流行の始まりである。大流行の始まりで病原体の伝染パターンを決定することは、できるだけ早い時間で大流行を停止させる尤度を高め、これによって地域的および国際的流布の可能性を低減する。 Pathogen transmission patterns include continued new infections or subject-to-subject transmission (e.g., human-to-human transmission) from the natural source of the pathogen, followed by a single infection from the natural source or It may be a mixture of both. In one aspect, the pathogenic transmission may be bacterial or viral, and in such cases the target sequence is preferably the microbial genome or a fragment thereof. In one aspect, the pathogen transmission pattern is the initial pattern of pathogen transmission, ie, the beginning of a pathogen pandemic. Determining a pathogen's transmission pattern at the onset of an outbreak increases the likelihood of stopping the outbreak in the earliest possible time, thereby reducing the potential for regional and international dissemination.

病原体の伝染パターンの決定は、本明細書で記載する方法による病原体配列を検出することを含んでいてもよい。病原体の伝染パターンの決定は、対象者間で共有された病原体配列の宿主内多様性を検出すること、および共有された病原体配列の宿主内多様性が時間的パターンを示すか否かを決定することをさらに含んでいてもよい。宿主内および宿主間多様性に見られるパターンは伝染および疫学について重要な洞察を与えてくれる(Gire, et al., 2014)。 Determining a pathogen's transmission pattern may comprise detecting pathogen sequences by the methods described herein. Determination of pathogen transmission patterns detects intra-host diversity of shared pathogen sequences among subjects and determines whether intra-host diversity of shared pathogen sequences exhibits a temporal pattern. It may further include Patterns of intra- and inter-host variability provide important insights into transmission and epidemiology (Gire, et al., 2014).

時間的パターンを示す対象者間で共有された宿主内多様性の検出は対象者(特にヒト)間の伝染の連鎖を示す。というのは、これは複数の供給源(重複感染)からの対象者感染、(変異を強化するための平衡淘汰があってもなくても)変異を繰り返し生じさせる試料の汚染、または伝染連鎖の初期の変異によって生じたわずかに異なるウイルス(Park, et al., Cell 161(7):1516-1526, 2015)によって説明することができるからである。対象者間で共有された宿主内多様性の検出は、共通の一塩基多型(SNP)位置にある宿主内多様体の検出を含んでいてもよい。共通の(SNP)位置にある宿主内多様体の陽性検出は、宿主内多様体の主な説明として重複感染および汚染を示している。重複感染および汚染は、宿主間多様体として現れるSNP頻度に基づいて分けることができる(Park, et al., 2015)。そうでなければ、重複感染および汚染は除外することができる。後者の場合、対象者間で共有された宿主内多様性の検出は、同義多様体および非同義多様体の頻度を評価し、同義多様体および非同義多様体の頻度を互いに比較することをさらに含んでいてもよい。非同義変異は、自然淘汰が生じるような微生物の生物学的変化となるようなタンパク質のアミノ酸の変化を起こす変異である。同義置換は、アミノ酸配列を変化させない。同義多様体および非同義多様体が同じ頻度であることは、宿主内多様体の進化が中立であることを示している。同義多様体および非同義多様体の頻度が異なっている場合、宿主内多様体は平衡淘汰によって維持されていると思われる。同義多様体および非同義多様体の頻度が低い場合は、変異の繰り返しを示している。同義多様体および非同義多様体の頻度が高い場合は、共伝染を示している(Park, et al., 2015)。 Detection of shared intrahost diversity among subjects exhibiting temporal patterns indicates chains of transmission among subjects (especially humans). This is because this can be caused by subject infection from multiple sources (superinfection), sample contamination that repeatedly induces mutations (with or without balanced selection to enhance mutations), or transmission chains. It can be explained by a slightly different virus caused by early mutation (Park, et al., Cell 161(7):1516-1526, 2015). Detecting shared intra-host diversity among subjects may include detecting intra-host variants at common single nucleotide polymorphism (SNP) positions. Positive detection of intrahost variants at common (SNP) positions indicates superinfection and contamination as the main explanation for intrahost variants. Superinfection and contamination can be separated based on SNP frequencies that appear as host-to-host variants (Park, et al., 2015). Otherwise, superinfection and contamination can be ruled out. In the latter case, the detection of shared intrahost diversity among subjects is further enhanced by assessing the frequencies of synonymous and non-synonymous variants and comparing the frequencies of synonymous and non-synonymous variants with each other. may contain. Non-synonymous mutations are mutations that cause amino acid changes in proteins that result in microbial biological changes that result in natural selection. A synonymous substitution does not change the amino acid sequence. The same frequency of synonymous and non-synonymous variants indicates that intra-host variant evolution is neutral. When synonymous and non-synonymous variants differ in frequency, intrahost variants are likely maintained by balanced selection. A low frequency of synonymous and non-synonymous variants indicates recurrent mutations. A high frequency of synonymous and non-synonymous variants indicates co-infection (Park, et al., 2015).

エボラウイルス同様、ラッサウイルス(LASV)は出血性の発熱を引き起こすことがあり、症例死亡率が非常に高い。Andersenらは、臨床試料および齧歯類供給源試料に由来するほぼ200個のLASV配列のゲノムカタログを生成した(Andersen, et al., Cell Volume 162, Issue 4, p 738-750, 13 August 2015)。Andersenらは、2013年から2015年のEVD大流行はヒトからヒトへの伝染によって加速されたが、LASV感染は主に供給源からヒト感染の結果であることを示している。Andersenらは、西アフリカ全体でのLASVの広がりはこの移行がLASVゲノムの豊富さ、死亡率、コドン適応、および翻訳効率の変化を伴っていることを解明した。前記方法は、第一の病原体配列を第二の病原体配列と系統発生的に比較すること、および第一の病原体配列と第二の病原体配列との系統発生的繋がりがあるか否かを決定することをさらに含んでいてもよい。第二の病原体配列は、初期の基準配列であってもよい。系統発生的な繋がりがある場合、前記方法は第一の病原体配列の第二の病原体配列に対する系統発生をつきとめることをさらに含んでいてもよい。これにより、第一の病原体配列の系統を構築することが可能である(Park, et al., 2015)。 Like Ebola virus, Lassa virus (LASV) can cause hemorrhagic fever and has a very high case-fatality rate. Andersen et al. generated a genome catalog of nearly 200 LASV sequences from clinical and rodent source samples (Andersen, et al., Cell Volume 162, Issue 4, p 738-750, 13 August 2015). ). Andersen et al. show that the 2013-2015 EVD outbreak was fueled by human-to-human transmission, whereas LASV infections were primarily the result of source-to-human transmission. Andersen et al. have elucidated that the spread of LASV across West Africa has been accompanied by changes in LASV genome abundance, mortality, codon adaptation, and translational efficiency. The method includes phylogenetically comparing a first pathogen sequence to a second pathogen sequence and determining whether the first pathogen sequence and the second pathogen sequence are phylogenetically related. It may further include The second pathogen sequence may be the initial reference sequence. If there is a phylogenetic link, the method may further comprise ascertaining the phylogeny of the first pathogen sequence to the second pathogen sequence. This allows the construction of a phylogeny of primary pathogen sequences (Park, et al., 2015).

前記方法は、変異が有害であるか、あるいは適応可能であるかを決定することをさらに含んでいてもよい。有害な変異は、伝染によって損なわれたウイルスおよび行き止まりの感染を示しており、通常、個々の対象者にのみ存在する。1個体の対象者に固有の変異は系統樹の末端の枝に生じるものであるが、内側の枝の変異は複数の試料(すなわち、複数の対象者)に存在する変異である。高い非同義置換率は、系統樹の末端の枝に特有のものである(Park, et al., 2015)。 The method may further comprise determining whether the mutation is deleterious or adaptive. Deleterious mutations represent viral and dead-end infections that are compromised by transmission and are usually present only in individual subjects. Mutations that are unique to an individual subject are those that occur in the terminal branches of the phylogenetic tree, while mutations in the inner branches are mutations that are present in multiple samples (ie, multiple subjects). High nonsynonymous substitution rates are specific to the terminal branches of the phylogenetic tree (Park, et al., 2015).

系統樹の内側の枝では、有害な変異体を取り除く淘汰の機会が増加している。定義により、内側の枝は複数の子孫系統を発生させ、これによって適応コストを伴う変異が含まれにくくなっている。従って、低い非同義置換率は内側の枝を示している(Park, et al., 2015)。 The inner branches of the phylogenetic tree have increased selection opportunities to remove deleterious mutants. By definition, inner branches give rise to multiple progeny lineages, making them less likely to contain mutations with adaptive costs. Therefore, low nonsynonymous substitution rates indicate an inner branch (Park, et al., 2015).

同義変異は、適応にあまり影響を及ぼさないと思われるが、内側の枝と末端の枝でより同等な頻度で生じる(Park, et al., 2015)。 Synonymous mutations appear to have less impact on adaptation, but occur with more equal frequency in medial and terminal branches (Park, et al., 2015).

配列決定された標的配列(例えば、ウイルスゲノム)を分析することで、2014年のエボラ大流行などでの伝染性発症の重症度に関与する機構を発見することが可能である。例えば、Gireらは、2014年の大流行のゲノムとそれ以前の大流行に由来する20個のゲノムすべてとを系統発生的に比較した。この比較から、2014年西アフリカウイルスは、過去10年以内に中央アフリカから広まったと思われることが示唆されている。他のエボラウイルスゲノムからの分岐を用いて系統発生をつきとめることは問題があった(6、13)。しかしながら、最も古い大流行の木をつきとめることにより、1年につき部位当たり8×10-4の置換率と共に、試料の日付と根から先端までの距離との強い相関が明らかになった(13)。これは、3つの最も直近の大流行の系統はすべて、ほぼ同時、2004年頃に共通の祖先から分岐していることを示唆している。これは、各大流行は、天然の供給源における遺伝的に異なる同じウイルス集団に由来する独立した人獣共通感染事象を表しているという仮説を裏付けるものである。また、彼らは、2014年のEBOV大流行は、天然の供給源に由来する単一の伝染によって引き起こされ、その後、大流行時にヒトからヒトへの伝染となったことを見出した。これらの結果はまた、シエラ・レオネでの伝染性発症は、同じ頃のギニア由来の遺伝的に異なる2つのウイルスの導入から生じていることを示唆している(Gire, et al., 2014)。 By analyzing sequenced target sequences (eg, viral genomes), it is possible to discover mechanisms responsible for the severity of infectious outbreaks, such as in the 2014 Ebola outbreak. For example, Gire et al. phylogenetically compared the 2014 pandemic genome to all 20 genomes from previous pandemics. This comparison suggests that the 2014 West African virus appears to have spread from Central Africa within the past decade. Determining phylogeny using divergences from other Ebolavirus genomes has been problematic (6, 13). However, tracking the oldest outbreak trees revealed a strong correlation between sample date and root-to-tip distance, with a replacement rate of 8×10 −4 per site per year (13). . This suggests that all three most recent outbreak lineages diverged from a common ancestor around the same time, around 2004. This supports the hypothesis that each outbreak represents an independent zoonotic event derived from the same genetically distinct virus population in natural sources. They also found that the 2014 EBOV outbreak was caused by a single transmission from a natural source, followed by human-to-human transmission during the outbreak. These results also suggest that the epidemic in Sierra Leone resulted from the introduction of two genetically distinct viruses from Guinea around the same time (Gire, et al., 2014). .

また、特にヒトからヒトへの伝染と、この広がりの歴史を400年遡ることによりどのようにラッサウイルスがその原点から広まったかを決定することが可能になった(Andersen, et al., Cell 162(4):738-50, 2015)。 In particular, human-to-human transmission and tracing the history of this spread back 400 years have made it possible to determine how Lassa virus spread from its origin (Andersen, et al., Cell 162). (4):738-50, 2015).

2013~2015年のEBOV大流行時に必要だった作業と大流行の現場で医療スタッフが直面した困難に関連して、より一般に、本発明の方法は配列決定を加速して、試料の採取から結果の入手までに必要な時間を短縮するように選択されたより少ないプローブを用いて配列決定を行うことを可能にする。さらに、キットおよびシステムは、国または世界の他の地域に試料を送る必要がなく、患者の診断が容易に行えるように野外で使用できるように設計されていてもよい。 Relating to the work required during the 2013-2015 EBOV pandemic and the difficulties faced by medical staff in the field of the pandemic, more generally, the methods of the present invention accelerate sequencing to obtain results from sample collection. allows sequencing to be performed with fewer probes selected to reduce the time required to obtain Additionally, the kits and systems may be designed for field use to facilitate patient diagnosis without the need to send samples to countries or other parts of the world.

上記の任意の方法では、標的配列またはその断片の配列決定には上記の配列決定法のいずれを用いてもよい。さらに、標的配列またはその断片の配列決定は、ほぼリアルタイムの配列決定であってもよい。標的配列またはその断片の配列決定は、上記の方法に従って行われてもよい(実験手順:Matranga et al., 2014;およびGire, et al., 2014)。標的配列またはその断片の配列決定は、複数の標的配列の並行配列決定を含んでいてもよい。標的配列またはその断片の配列決定は、Illumina配列決定を含んでいてもよい。 In any of the above methods, any of the sequencing methods described above may be used to sequence the target sequence or fragments thereof. Additionally, sequencing of the target sequence or fragments thereof may be near real-time sequencing. Sequencing of the target sequence or fragments thereof may be performed according to the methods described above (Experimental Procedures: Matranga et al., 2014; and Gire, et al., 2014). Sequencing a target sequence or fragment thereof may involve parallel sequencing of multiple target sequences. Sequencing of the target sequence or fragments thereof may comprise Illumina sequencing.

選択されたプローブのうちの1つ以上にハイブリダイズする標的配列またはその断片の分析は、同定分析であってもよく、選択されたプローブの標的配列またはその断片へのハイブリダイゼーションは、試料中に標的配列が存在することを示す。 An analysis of a target sequence or fragment thereof that hybridizes to one or more of the selected probes may be an identification analysis, wherein hybridization of the selected probes to the target sequence or fragments thereof results in Indicates that the target sequence is present.

現在、一次診断法は患者の症状に基づいている。しかしながら、様々な疾患は同じ症状を共有している場合があり、診断法は統計学に多くを依存している。例えば、マラリアは風邪のような症状を誘発する:頭痛、発熱、震え、関節の痛み、嘔吐、溶血性貧血、黄疸、尿中ヘモグロビン、網膜損傷、および痙攣。これらの症状はまた、敗血症、胃腸炎、およびウイルス性疾患に共通している。後者の中で、エボラ出血熱は、発熱、喉の痛み、筋肉痛、頭痛、嘔吐、下痢、発疹、肝臓および腎臓の機能低下、内出血および外出血などの症状がある。 Currently, primary diagnostic methods are based on patient symptoms. However, various diseases may share the same symptoms, and diagnostics rely heavily on statistics. For example, malaria induces cold-like symptoms: headache, fever, shivering, joint pain, vomiting, hemolytic anemia, jaundice, urinary hemoglobin, retinal damage, and convulsions. These symptoms are also common in sepsis, gastroenteritis, and viral illness. Among the latter, Ebola has symptoms such as fever, sore throat, muscle pain, headache, vomiting, diarrhea, rash, liver and kidney dysfunction, internal and external bleeding.

例えば、熱帯アフリカで患者が医療部隊に現れると、基本診断法はマラリアと結論づける。というのは、アフリカのこの領域では統計的にマラリアが最も可能性がある疾患だからである。その結果、患者はマラリアの治療を受けるが、実際にはマラリアに罹ってない場合もあり、患者は正しい治療を受けられない。特に、患者が罹っている疾患が急速に進化する場合、正しい治療を受けられないことは生命を脅かす場合がある。医療スタッフが、患者に行った治療が有効ではないことに気づいて、正しい診断法に至り、患者に適切な治療を施す前に手遅れになりかねない。 For example, when a patient appears in a medical unit in tropical Africa, the basic diagnostic concludes that it is malaria. Malaria is statistically the most probable disease in this region of Africa. As a result, patients are treated for malaria, but they may not actually have malaria, and the patients are not treated correctly. Especially when a patient suffers from a rapidly evolving disease, lack of access to correct treatment can be life threatening. When the medical staff realizes that the treatment given to the patient is ineffective, it may be too late before the correct diagnosis is reached and the patient is properly treated.

本発明の方法はこのような状況に対する解決法を提供する。実際、ガイドRNAの数が劇的に減少するので、本発明の方法を単一チップ選択プローブで提供することができる。プローブは同時に複数の疾患(例えば、ウイルス感染)を診断できるように、それぞれが1つの疾患に特異的である複数の群に分割されている。本発明のおかげで、4種以上の疾患、好ましくは、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20疾患以上を同時に1つのチップで診断してもよい。疾患は好ましくは、所与の地理的領域の集団内で一般に発生する疾患である。選択されたプローブの各群は診断される疾患のうちの1つに特異的であるので、より正確な診断を行うことができ、従って患者に間違った治療を施す危険性が低減される。 The method of the present invention provides a solution to such situations. In fact, the number of guide RNAs is dramatically reduced so that the method of the invention can be provided with a single tip selection probe. The probes are divided into multiple groups, each specific to one disease, so that multiple diseases (eg, viral infections) can be diagnosed at the same time. Thanks to the invention, 4 or more diseases, preferably 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more diseases can be diagnosed by one chip at the same time. The disease is preferably a disease that commonly occurs within a population in a given geographic area. Because each group of selected probes is specific to one of the diseases to be diagnosed, a more accurate diagnosis can be made, thus reducing the risk of wrongly treating the patient.

他の場合では、ウイルス感染などの疾患は何の症状もなく発生することがある、あるいは症状を引き起こしたが患者が医療スタッフを訪れる前に消えたという場合がある。そのような場合、患者は何の医療支援も求められず、医療スタッフを訪れた日に症状がないために診断は困難である。 In other cases, diseases such as viral infections may occur without any symptoms, or may cause symptoms that go away before the patient visits medical staff. In such cases, the patient does not seek any medical help, and the diagnosis is difficult due to the absence of symptoms on the day of the visit to the medical staff.

本発明はまた、疾患を診断し、病原体を同定し、生の未精製の試料中におけるmRNAなどの核酸の検出に基づいて治療を最適にする他の方法と共に用いられてもよい。 The present invention may also be used with other methods of diagnosing disease, identifying pathogens, and optimizing therapy based on the detection of nucleic acids such as mRNA in raw, unpurified samples.

本発明の方法はまた、このような状況に対処する強力な道具を提供する。実際、各群が所与の地域の集団内で最も一般的に発生する疾患に特異的である、選択されたガイドRNAの複数の群が1つの診断法に含まれているので、医療スタッフは患者から採取した生体試料をチップに接触させるだけである。チップの読み取ると、患者が罹った疾患が判明する。 The method of the present invention also provides a powerful tool for dealing with such situations. Indeed, because a single diagnostic contains multiple groups of selected guide RNAs, each group specific to the most commonly occurring disease within a given geographic population, medical staff A biological sample taken from a patient is simply brought into contact with the chip. Reading the chip reveals the disease the patient has.

場合によっては、患者は特定の症状の診断のために医療スタッフを訪れる。本発明の方法は、これらの症状を引き起こしている疾患を同定するだけでなく、同時に患者が気づいていない他の疾患を発症しているか否かを決定することができる。 In some cases, patients visit medical staff for diagnosis of certain symptoms. The methods of the present invention can not only identify the disease causing these symptoms, but also determine whether the patient is developing other diseases of which he is unaware.

この情報は、大流行の機構を探す場合に最も重要なものである場合がある。実際、同じウイルスを持つ患者群は、対象者から対象者への伝染の繋がりを示唆する時間的パターンを示す。 This information may be of paramount importance when looking for outbreak mechanisms. In fact, groups of patients with the same virus show temporal patterns that suggest a link of transmission from subject to subject.

態様によっては、本明細書で記載するCRISPR系またはその使用方法を用いて、ウイルス性疾患を発症している患者の疾患転帰を予測してもよい。特定の実施形態では、ウイルス性疾患はラッサ熱を含んでいてもよいが、必ずしもこれに限定されない。ラッサ熱病に関連する特異的因子は、必ずしもこれに限定されないが、年齢、腎臓損傷の程度、および/または中枢神経系(CNS)損傷を含んでいてもよい。

微生物性遺伝的摂動の選別
In some embodiments, the CRISPR system or methods of use thereof described herein may be used to predict disease outcome in patients experiencing viral disease. In certain embodiments, viral illnesses may include, but are not necessarily limited to, Lassa fever. Specific factors associated with Lassa fever may include, but are not necessarily limited to, age, degree of kidney damage, and/or central nervous system (CNS) damage.

Screening for microbial genetic perturbations

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示されるCRISPR系を用いて微生物性遺伝的摂動を選別してもよい。このような方法は、例えば、微生物の経路および機能ネットワークを作成するのに有用である場合がある。微生物細胞は遺伝的に修飾されていて、異なる実験条件で選別されてもよい。上述のように、本明細書で開示される実施形態は、1つの試料中の複数の標的分子、あるいは多重法で1つの個別の容積中の1つの標的を選別してもよい。遺伝的に修飾された微生物は修飾されて、1つの特定の微生物細胞または微生物細胞の集団によって担持される特定の遺伝子改変を同定する核酸バーコード配列を含んでいてもよい。バーコードは、識別子として用いられるヌクレオチドの短い配列((例えば、DNA、RNA、またはこれらの組合せ)である。核酸バーコードは、長さが4~100ヌクレオチドであり、一本鎖または二本鎖のいずれかであってもよい。バーコードで細胞を同定する方法は当該分野で知られている。従って、本明細書で記載するCRISPRエフェクター系のガイドRNAを用いてバーコードを検出してもよい。検出可能な陽性信号の検出は、試料中に特定の遺伝子改変が存在することを示している。本明細書で開示される方法を、試験した実験条件での遺伝子改変の効果を示す補足的な遺伝子型または表現型の読み出しを検出する他の方法と組み合わせてもよい。選別される遺伝子改変としては、これらに限定されないが、遺伝子ノックイン、遺伝子ノックアウト、逆位、転座、転位、1つ以上のヌクレオチドの挿入、欠失、置換、変異、あるいはタンパク質の安定性または検出を変えるなど機能的な結果を持つエピトープをコードする核酸の付加などが挙げられる。同様に、本明細書で記載する方法を合成バイオロジーの応用に用いて、遺伝子調節要素と遺伝子の発現モジュールの特異的な配置の機能を選別してもよい。 In certain exemplary embodiments, the CRISPR system disclosed herein may be used to screen for microbial genetic perturbations. Such methods may be useful, for example, for creating microbial pathways and functional networks. Microbial cells may be genetically modified and screened under different experimental conditions. As noted above, the embodiments disclosed herein may sort multiple target molecules in one sample, or one target in one discrete volume in a multiplexed manner. A genetically modified microorganism may be modified to contain a nucleic acid barcode sequence that identifies a particular genetic alteration carried by one particular microbial cell or population of microbial cells. A barcode is a short sequence of nucleotides (eg, DNA, RNA, or a combination thereof) used as an identifier. Nucleic acid barcodes are 4-100 nucleotides in length and are single- or double-stranded. Methods for identifying cells with barcodes are known in the art, so the barcodes can be detected using the guide RNAs of the CRISPR effector systems described herein. Good.Detection of a detectable positive signal indicates the presence of a particular genetic modification in the sample.The methods disclosed herein can be used as a supplement to demonstrate the effect of the genetic modification in the experimental conditions tested. Genetic alterations screened include, but are not limited to, gene knock-ins, gene knock-outs, inversions, translocations, rearrangements, 1 insertions, deletions, substitutions, mutations of one or more nucleotides, or additions of nucleic acids that encode epitopes that have functional consequences such as altering protein stability or detection, etc. Also described herein. Methods may be used in synthetic biology applications to screen the function of specific arrangements of gene regulatory elements and gene expression modules.

特定の例示的な実施形態では、これらの方法を用いてハイポモルフ(形質の発現が低下した対立遺伝子の変異)を選別してもよい。主要な細菌性機能性遺伝子の同定におけるハイポモルフの生成およびその使用、および新規な抗生物質治療法の同定が2016年11月4日に提出されたPCT/US2016/060730(名称は“Multiplex High-Resolution Detection of Micro-organism Strains, Related Kits, Diagnostic Methods and Screening Assays(微生物株の多重高解像度検出、関連キット、診断法、および選別アッセイ)”)に開示されており、その内容を参照により本明細書に組み込む。 In certain exemplary embodiments, these methods may be used to screen for hypomorphs (allelic variants with reduced expression of traits). PCT/US2016/060730 filed November 4, 2016 entitled "Multiplex High-Resolution Detection of Micro-organism Strains, Related Kits, Diagnostic Methods and Screening Assays", the contents of which are incorporated herein by reference. incorporate into

異なる実験条件は、微生物細胞を異なる化学薬剤、化学薬剤の組合せに曝すこと、化学薬剤または化学薬剤の組合せの異なる濃度、化学薬剤または化学薬剤の組合せに曝す異なる継続時間、異なる物理パラメータ、またはその両方を含んでいてもよい。特定の例示的な実施形態では、化学薬剤は抗生物質または抗ウイルス剤である。選別される異なる物理パラメータは、異なる温度、大気圧、大気圧および非大気圧での異なる気体濃度、異なるpHレベル、異なる培地組成、またはこれらの組合せを含んでいてもよい。

環境試料の選別
Different experimental conditions may include exposing the microbial cells to different chemical agents, combinations of chemical agents, different concentrations of chemical agents or combinations of chemical agents, different durations of exposure to chemical agents or combinations of chemical agents, different physical parameters, or the like. It may contain both. In certain exemplary embodiments, the chemical agent is an antibiotic or antiviral agent. Different physical parameters that are screened may include different temperatures, atmospheric pressures, different gas concentrations at atmospheric and non-atmospheric pressures, different pH levels, different medium compositions, or combinations thereof.

Screening of environmental samples

また、本明細書で開示される方法を用いて、標的核酸またはポリペプチドの存在を検出することにより汚染物質について環境試料を選別してもよい。例えば、実施形態によっては、本発明は、微生物を検出する方法を提供する。前記方法は、本明細書で記載するCRISPR系を試料に曝すこと、および検出可能な陽性信号が生成されるように1種以上のガイドRNAを1種以上の微生物に特異的な標的RNAまたは1種以上のトリガーRNAに結合させることでRNAエフェクタータンパク質を活性化させることを含む。陽性信号を検出してもよく、これは試料中に1種以上の微生物が存在することを示している。態様によっては、CRISPR系は本明細書で記載する基質表面にあってもよく、基質は試料に曝されていてもよい。他の実施形態では、同じCRISPR系および/または異なるCRISPR系を基質の複数の個別の位置に塗布してもよい。さらなる実施形態では、異なるCRISPR系は各位置で異なる微生物を検出してもよい。上でさらに詳細に記載したように、基質は柔軟性材料の基質であってもよく、例えば、紙の基質、布の基質、または柔軟性重合体の基質が挙げられるが、これらに限定されない。 The methods disclosed herein may also be used to screen environmental samples for contaminants by detecting the presence of target nucleic acids or polypeptides. For example, in some embodiments, the invention provides methods of detecting microorganisms. The method comprises exposing a CRISPR system described herein to a sample, and combining one or more guide RNAs with one or more microbe-specific target RNAs or one or more microbe-specific target RNAs such that a detectable positive signal is produced. activating the RNA effector protein by binding to one or more species of trigger RNA. A positive signal may be detected, indicating the presence of one or more microorganisms in the sample. In some embodiments, the CRISPR system may be on the substrate surface described herein, and the substrate may be exposed to the sample. In other embodiments, the same and/or different CRISPR systems may be applied to multiple discrete locations on the substrate. In further embodiments, different CRISPR systems may detect different microorganisms at each location. As described in more detail above, the substrate may be a flexible material substrate, such as, but not limited to, a paper substrate, a cloth substrate, or a flexible polymer substrate.

本発明によれば、基質は、採取した流体に基質を一時的に浸す、試験する流体を基質に塗布する、または試験する表面を基質と接触させることにより受動的に試料に曝されていてもよい試料を基質に導入する如何なる適切な方法を用いてもよい。 According to the present invention, the substrate may be passively exposed to the sample by temporarily immersing the substrate in the collected fluid, applying the fluid to be tested to the substrate, or contacting the surface to be tested with the substrate. Any suitable method of introducing good sample to the substrate may be used.

本明細書で記載するように、本発明で使用する試料は、生物学的試料または環境試料、例えば、食品試料(新鮮な果実または野菜、肉)、飲料試料、紙の表面、布の表面、金属の表面、木材の表面、プラスチックの表面、土壌試料、淡水試料、排水試料、生理食塩水試料、大気または他の気体試料に曝したもの、またはそれらの組合せであってもよい。例えば、これらに限定されないが、金属、木材、プラスチック、ゴムなどを含む任意の材料からなる家庭用/商用/工業用表面を拭って、汚染物質について試験してもよい。環境目的および/またはヒト、動物、または植物の疾患試験の目的で病原性細菌または寄生虫、あるいは他の微生物の存在について土壌試料を試験してもよい。例えば、クリプトスポリジウム・パルブム、ランブル鞭毛虫、または他の微生物汚染の存在を検出するため、淡水試料、排水試料、生理食塩水試料などの水試料を清浄度および安全性および/または携帯性について評価してもよい。さらなる実施形態では、生体試料は、これらに限定されないが、組織試料、唾液、血液、血漿、血清、糞便、尿、唾液、粘液、リンパ液、滑液、脳脊髄液、腹水、胸水、血清腫、膿、あるいは皮膚または粘膜表面の拭い液を含む供給源から得てもよい。特定の実施形態によっては、環境試料または生体試料は生の試料であってもよく、かつ/または1種以上の標的分子は方法を適用する前に試料から精製または増幅されていてもよい。微生物の同定は有用であり、かつ/または任意の数の用途で必要であってもよい。従って、本発明によって、当業者によって適切と見なされた任意の供給源由来のいずれの種類の試料を用いてもよい。 As described herein, samples for use in the present invention can be biological or environmental samples such as food samples (fresh fruit or vegetables, meat), beverage samples, paper surfaces, cloth surfaces, It may be a metal surface, a wood surface, a plastic surface, a soil sample, a freshwater sample, a wastewater sample, a saline sample, an air or other gaseous sample, or a combination thereof. For example, household/commercial/industrial surfaces of any material including, but not limited to, metal, wood, plastic, rubber, etc. may be wiped and tested for contaminants. Soil samples may be tested for the presence of pathogenic bacteria or parasites, or other microorganisms, for environmental purposes and/or for human, animal, or plant disease testing purposes. Evaluating water samples, such as freshwater samples, wastewater samples, saline samples, etc., for cleanliness and safety and/or portability, for example, to detect the presence of Cryptosporidium parvum, Giardia lamblia, or other microbial contamination You may In further embodiments, the biological sample includes, but is not limited to tissue samples, saliva, blood, plasma, serum, feces, urine, saliva, mucus, lymph, synovial fluid, cerebrospinal fluid, ascites, pleural effusion, seroma, It may be obtained from sources including pus or swabs of skin or mucosal surfaces. Depending on the particular embodiment, the environmental or biological sample may be a raw sample and/or one or more target molecules may have been purified or amplified from the sample prior to applying the method. Identification of microorganisms may be useful and/or necessary in any number of applications. Thus, the present invention may use any type of sample from any source deemed appropriate by those skilled in the art.

態様によっては、レストランまたは他の食品提供者で大腸菌などの細菌による食品汚染を調べること;食品表面;サルモネラ、カンピロバクター、または大腸菌などの病原体について水を検査すること;また製造者および規制者が肉の供給源の純度を決定するために食品の品質を調べること;レジオネラ菌などの病原体による空気汚染を同定すること;ペジオコックスおよび乳酸桿菌などの病原体でビールが汚染または腐敗したか否かを調べること;製造中の細菌または真菌でペースト状または非ペースト状のチーズの汚染。 In some embodiments, testing restaurants or other food providers for food contamination with bacteria such as E. coli; food surfaces; testing water for pathogens such as Salmonella, Campylobacter, or E. coli; identifying air contamination with pathogens such as Legionella; determining whether beer has been contaminated or spoiled with pathogens such as pediococcus and lactobacilli contamination of pasty or non-pasty cheeses with bacteria or fungi during manufacture.

本発明による微生物は、病原性微生物または食品あるいは消費製品を腐敗させる微生物であってもよい。病原性微生物は、病原性、またはそうでなければヒト、動物、または植物にとって望ましくないものであってもよい。ヒトまたは動物目的では、微生物は疾患を引き起こす、あるいは病気をもたらすものであってもよい。本発明の動物または獣医的用途では、微生物に感染した動物を同定してもよい。例えば、本発明の方法およびシステムは、これらに限定されないが、犬伝染性気管気管支炎(kennel cough)、狂犬病ウイルス、およびイヌ糸状虫を含む病原体を持つペットを同定してもよい。他の実施形態では、繁殖目的で親子鑑別に本発明の方法およびシステムを用いてもよい。植物微生物は、植物の損傷または病気を引き起こして収率を低下させたり、色、味、稠度、匂いなどの性質を変えたりすることがある。食品または消費品の汚染目的で、微生物は食品または消費製品の味、匂い、色、稠度、または他の商業的特性に悪影響を及ぼすことがある。特定の例示的な実施形態では、微生物は細菌種である。細菌は、低温細菌、大腸菌、乳酸菌、または芽胞形成菌であってもよい。特定の例示的な実施形態では、細菌は疾患または病気、そうでなければ、望ましくない生成物や特徴を引き起こす任意の細菌種であってもよい。本発明による細菌はヒト、動物、または植物にとって病原性であってもよい。

試料の種類
Microorganisms according to the invention may be pathogenic microorganisms or microorganisms that spoil food or consumer products. Pathogenic microorganisms may be pathogenic or otherwise undesirable to humans, animals, or plants. For human or animal purposes, the microorganism may be disease-causing or disease-causing. Animal or veterinary uses of the present invention may identify animals infected with microorganisms. For example, the methods and systems of the present invention may identify pets with pathogens including, but not limited to, canine kennel cough, rabies virus, and heartworm. In other embodiments, the methods and systems of the present invention may be used for paternity identification for breeding purposes. Plant microorganisms can cause plant damage or disease, reduce yield, or alter properties such as color, taste, consistency, and odor. For purposes of contaminating food or consumables, microorganisms can adversely affect the taste, odor, color, consistency, or other commercial properties of food or consumables. In certain exemplary embodiments, the microorganism is a bacterial species. The bacteria may be psychrophilic bacteria, E. coli, lactic acid bacteria, or spore-forming bacteria. In certain exemplary embodiments, the bacterium may be any bacterial species that causes disease or illness or otherwise undesirable product or characteristic. A bacterium according to the invention may be pathogenic to humans, animals, or plants.

Sample type

本明細書で開示される方法で用いられる適切な試料は、植物、動物、細菌などの生物またはその一部から得られた任意の従来の生体試料を含む。特定の実施形態では、生体試料は、ヒト対象者などの動物対象から得られる。生体試料は、任意の生きている生物から得た、あるいはそれから排泄あるいは分泌された任意の固体または流体試料である。そのような生物としてはこれらに限定されないが、単細胞生物(例えば、とりわけ、細菌、酵母菌、原生動物、およびアメーバ)、多細胞生物(例えば、植物または動物)が挙げられる。そのような試料としては、病状または疾患(例えば、病原性微生物(例えば、病原性細菌またはウイルス)による感染など)によって影響を受けている診断または調査対象の健康あるいは健康に見えるヒト対象または患者由来の試料が挙げられる。例えば、生体試料は、例えば、血液、血漿、血清、尿、糞便、唾液、粘液、リンパ液流体、滑液、胆汁、腹水、胸水、血清腫、唾液、脳脊髄液、房水または硝子体液、任意の体分泌液、浸出液、滲出液(例えば、膿瘍または任意の他の感染あるいは炎症部位から得た流体)、あるいは関節(例えば、正常な関節またはリウマチ性関節炎、変形性関節症、痛風、あるいは敗血症性関節炎などの疾患によって影響を受けた関節)から得た流体、あるいは皮膚または粘膜表面の拭い液から得た体液であってもよい。 Suitable samples for use in the methods disclosed herein include any conventional biological sample obtained from organisms such as plants, animals, bacteria, or parts thereof. In certain embodiments, biological samples are obtained from animal subjects, such as human subjects. A biological sample is any solid or fluid sample obtained from or excreted or secreted from any living organism. Such organisms include, but are not limited to, unicellular organisms (eg, bacteria, yeast, protozoa, and amoeba, among others), multicellular organisms (eg, plants or animals). Such samples include those from healthy or appearing healthy human subjects or patients under diagnosis or investigation who are affected by a medical condition or disease (e.g., infection with a pathogenic microorganism (e.g., pathogenic bacteria or virus)). sample. For example, a biological sample may be, for example, blood, plasma, serum, urine, feces, saliva, mucus, lymphatic fluid, synovial fluid, bile, ascites, pleural effusion, seroma, saliva, cerebrospinal fluid, aqueous humor or vitreous humor, any body secretions, exudates, exudates (e.g., fluids obtained from an abscess or any other site of infection or inflammation), or joints (e.g., normal joints or rheumatoid arthritis, osteoarthritis, gout, or sepsis) joints affected by disease, such as arthritis), or bodily fluids obtained from swabs of skin or mucosal surfaces.

試料はまた、任意の臓器または組織から得た試料(腫瘍生検材料などの生検材料または解剖試料を含む)であってもよく、任意の細胞、組織、または臓器で条件付けられた細胞(一次細胞または培養細胞)あるいは培地を含んでいてもよい。例示的な試料は、これらに限定されないが、細胞、細胞溶菌液、血液塗抹標本、細胞遠心分離調製液、細胞塗抹標本、体液(例えば、血液、血漿、血清、唾液、唾液、尿、気管支肺胞洗浄液、精液など)、組織生検(例えば、腫瘍生検)、微細針吸引液、および/または組織切片(例えば、凍結組織切片および/またはパラフィン埋め込み組織切片)が挙げられる。他の例では、試料は循環腫瘍細胞(細胞表面マーカーによって同定することができる)を含む。特定の例では、試料は直接用いられる(例えば、生または冷凍で)、あるいは例えば、用いる前に(例えば、ホルマリンを用いて)固定する、かつ/またはワックスに埋め込むことにより(例えば、ホルマリン固定パラフィン埋め込み(FFPE)組織試料)操作されていてもよいよい。自明であるが、対象者から組織を得る任意の方法を用いてもよく、用いる方法の選択は、組織の種類、対象者の年齢、または医師に利用可能な手順など様々な因子に依存している。そのような試料を得るための標準的な技術は当該分野で利用可能である。例えば、Schluger et al., J. Exp. Med. 176:1327-33(1992); Bigby et al., Am. Rev. Respir. Dis. 133:515-18(1986); Kovacs et al., NEJM 318:589-93(1988); and Ognibene et al., Am. Rev. Respir. Dis. 129:929-32(1984)を参照のこと。 A sample may also be a sample obtained from any organ or tissue (including biopsy or autopsy samples, such as tumor biopsies) and any cell, tissue, or organ conditioned cell (primary cells or cultured cells) or medium. Exemplary samples include, but are not limited to, cells, cell lysates, blood smears, cytocentrifuge preparations, cell smears, bodily fluids (e.g., blood, plasma, serum, saliva, saliva, urine, bronchopulmonary Cyst lavages, semen, etc.), tissue biopsies (eg, tumor biopsies), fine needle aspirates, and/or tissue sections (eg, frozen tissue sections and/or paraffin-embedded tissue sections). In other examples, the sample contains circulating tumor cells (which can be identified by cell surface markers). In certain instances, the sample is used directly (e.g., fresh or frozen) or, for example, by fixing (e.g., with formalin) and/or embedding in wax (e.g., formalin-fixed paraffin) prior to use. Embedded (FFPE) tissue samples) may be manipulated. Obviously, any method of obtaining tissue from a subject may be used, and the choice of method used will depend on various factors such as the type of tissue, age of the subject, or procedures available to the physician. there is Standard techniques for obtaining such samples are available in the art. For example, Schluger et al., J. Exp. Med. 176:1327-33 (1992); Bigby et al., Am. Rev. Respir. Dis. 133:515-18 (1986); 318:589-93 (1988); and Ognibene et al., Am. Rev. Respir. Dis. 129:929-32 (1984).

他の実施形態では、試料は環境試料、例えば、水土壌、または工業的または医療的な表面などの表面であってもよい。態様によっては、米国特許公開第2013/0190196号で開示されている方法を、高い感度と特異性で生の細胞試料から核酸の特徴(具体的には、RNA濃度)を直接検出するのに用いてもよい。BLASTソフトウェアにより対象の病原体由来のコード配列を他の生物のすべてのコード配列と比較することで対象の各病原体に特異的な配列を同定または選択してもよい。 In other embodiments, the sample may be an environmental sample, eg, water soil, or a surface such as an industrial or medical surface. In some embodiments, the methods disclosed in U.S. Patent Publication No. 2013/0190196 are used to directly detect nucleic acid signatures (particularly RNA concentrations) from live cell samples with high sensitivity and specificity. may BLAST software may be used to compare the coding sequences from the pathogen of interest with the coding sequences of all other organisms to identify or select sequences specific to each pathogen of interest.

本開示のいくつかの実施形態は、臨床血液試料をうまく画分する当該分野で既知の手順および方法の使用を含む。例えば、Han Wei Hou et al., Microfluidic Devices for Blood Fractionation(血液分画のためのマイクロ流体装置), Micromachines 2011, 2, 319-343; Ali Asgar S. Bhagat et al., Dean Flow Fractionation (DFF) Isolation of Circulating Tumor Cells (CTCs) from Blood(血液からの循環腫瘍細胞のディーンフロー分画), 15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, October 2-6, 2011, Seattle, WA;および国際特許公開第WO2011109762に記載された手順を参照のこと。これらの開示はその全内容を参照により本明細書に組み込む。血液試料は一般に培地で膨張させて、試験の目的に合わせて試料の寸法を大きくする。本発明の態様によっては、培地で膨張する必要なしに血液または他の生体試料を本明細書で記載する方法で用いてもよい。 Some embodiments of the present disclosure involve the use of procedures and methods known in the art to successfully fractionate clinical blood samples. For example, Han Wei Hou et al., Microfluidic Devices for Blood Fractionation, Micromachines 2011, 2, 319-343; Ali Asgar S. Bhagat et al., Dean Flow Fractionation (DFF) Isolation of Circulating Tumor Cells (CTCs) from Blood, 15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, October 2-6, 2011, Seattle, WA; and International Patent See procedures described in Publication No. WO2011109762. These disclosures are incorporated herein by reference in their entirety. Blood samples are generally swollen with culture medium to increase the size of the sample for testing purposes. In some aspects of the invention, blood or other biological samples may be used in the methods described herein without the need to expand with culture medium.

さらに、本開示のいくつかの実施形態は、らせん状のマイクロ溝を用いて全血から病原体をうまく単離する当該分野で既知の手順および方法の使用を含む。これらは、Han Wei Hou et al., Pathogen Isolation from Whole Blood Using Spiral Microchannel(らせん状マイクロチャネルを用いた全血からの病原体の単離), Case No. 15995JR, Massachusetts Institute of Technology, manuscript in preparationに記載されており、その開示の全内容を参照により本明細書に組み込む。 Additionally, some embodiments of the present disclosure include the use of procedures and methods known in the art to successfully isolate pathogens from whole blood using spiral microgrooves. These can be found in Han Wei Hou et al., Pathogen Isolation from Whole Blood Using Spiral Microchannel, Case No. 15995JR, Massachusetts Institute of Technology, manuscript in preparation and the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.

本明細書で開示される実施形態の感度が高まっているので、特定の例示的な実施形態では、アッセイおよび方法を生の試料、あるいは検出対象の標的分子がさらに試料から画分または精製されていない試料に対して実行してもよい。

例示的な微生物
Due to the increased sensitivity of the embodiments disclosed herein, certain exemplary embodiments employ assays and methods in raw samples, or in which the target molecules to be detected are further fractionated or purified from the sample. It may also be performed on samples without

Exemplary microorganism

本明細書で開示される実施形態を用いて複数の異なる微生物を検出してもよい。本明細書で用いられる用語「微生物」は細菌、真菌、原生動物、寄生虫、およびウイルスを含む。

細菌
Multiple different microorganisms may be detected using the embodiments disclosed herein. The term "microorganism" as used herein includes bacteria, fungi, protozoa, parasites, and viruses.

bacteria

以下に、本明細書で開示される実施形態を用いて検出されるかもしれない微生物の種類の例示的なリストを示す。特定の例示的な実施形態では、前記微生物は細菌である。開示される方法に従って検出することができる細菌の例としては、これらに限定されないが、とりわけ以下のいずれか1種以上(またはその任意の組合せ)が挙げられる:アシネトバクター・バウマニ、アクチノバチルス属、アクチノミセテス、アクチノマイセス属(例えば、アクチノマイセス・イスラエリおよびアクチノマイセス・ナエスルンディ)、アエロモナス属(例えば、アエロモナス・ヒドロフィラ、アエロモナス・ベロニ次亜属ソブリア(アエロモナス・ソブリア)、およびアエロモナス・カビアエ)、アナプラズマ・ファゴサイトフィルム、アナプラズマ・マルギナーレ、アルカリゲネス・キシロソキシダンス、アシネトバクター・バウマニ、アクチノバチルス・アクチノミセテムコミタンス、バシラス属(例えば、バシラス・アントラシス、バシラス・セレウス、枯草菌、バシラス・チューリンゲンシス、およびバチルス・ステアロサーモフィルス)、バクテロイデス属(例えば、バクテロイデス・フラギリス)、バルトネラ属(例えば、バルトネラ・バシリフォルミスおよびバルトネラ・ヘンセラエ)、ビフィドバクテリウム属、ボルデテラ属(例えば、ボルデテラ・ペルトゥシス、ボルデテラ・パラペルトゥシス、およびボルデテラ・ブロンキセプチカ)、ボレリア属(例えば、ボレリア・レカレンティス、およびボレリア・ブルグドルフェリ)、ブルセラ属(例えば、ブルセラ・アボルタス、ブルセラ・カニス、ブルセラ・メリテンシス、およびブルセラ・スイス)、ブルコルデリア属(例えば、ブルコルデリア・シュードマレイ、およびブルコルデリア・セパシア)、カンピロバクター属(例えば、カンピロバクター・ジェジュニ、カンピロバクター・コリ、カンピロバクター・ラリ、およびカンピロバクター・フェタス)、カプノサイトファーガ属、カルディオバクテリウム・ホミニス、クラミジア・トラコマチス、クラミドフィラ・ニューモニアエ、クラミドフィラ・シタッシ、シトロバクター属、コクシエラ・バーネッティイ、コリネバクテリウム属(例えば、コリネバクテリウム・ジフテリアエ、コリネバクテリウム・イエイケイウム、およびコリネバクテリウム)、クロストリジウム属(例えば、クロストリジウム・ペルフリンゲンス、クロストリジウム・ディフィシル、クロストリジウム・ボツリヌム、およびクロストリジウム・テタニ)、エイケネラ・コロデンス、エンテロバクター属(例えば、エンテロバクター・アエロゲネス、エンテロバクター・アグロメランス、エンテロバクター・クロアカ、および大腸菌(毒素原性大腸菌、侵入性大腸菌、病原性大腸菌、腸管出血性大腸菌、腸管凝集性大腸菌、および尿路病原性大腸菌などの日和見性大腸菌を含む)、エンテロコッカス属(例えば、エンテロコッカス・ファエカリスおよびエンテロコッカス・ファエキウム)、エールリキア属(例えば、エールリキア・シャフェンシア、およびエールリキア・カニス)、エピデルモフィトン・フロッコーサム、豚丹毒菌、ユウバクテリウム属,フランシセラ・ツラレンシス,フソバクテリウム・ヌクレアタム、ガードネレラ・バジナリス、ゲメラ・モルビロルム、ヘモフィルス属(例えば、インフルエンザ菌、軟性下疳菌、ヘモフィルス・エジプチウス、ヘモフィルス・パラインフルエンザエ、ヘモフィルス・ヘモリティクス、およびヘモフィルス・パラヘモリティクス)、ヘリコバクター属(例えば、ヘリコバクター・ピロリ、ヘリコバクター・シネディ、およびヘリコバクター・フェネリアエ)、キンゲラ・キンギイ、クレブシエラ属(例えば、肺炎桿菌、クレブシエラ・グラヌロマチス、およびクレブシエラ・オキシトカ)、乳酸桿菌属、リステリア・モノサイトゲネス、レプトスピラ・インテロガンス、レジオネラ・ニューモフィラ、レプトスピラ・インテロガンス、ペプトストレプトコッカス属、マンヘミア・ヘモリチカ、ミクロスポルム・カニス、モラクセラ・カタラーリス、モルガネラ属、モビルンカス属、ミクロコッカス属、マイコバクテリウム属(例えば、マイコバクテリウム・レプラエ、ヒト型結核菌、マイコバクテリウム・パラツベルクローシス、マイコバクテリウム・イントラセルラーレ、マイコバクテリウム・アビウム、マイコバクテリウム・ボビス、およびマイコバクテリウム・マリヌム)、マイコプラズマ属(例えば、マイコプラズマ・ニューモニアエ、マイコプラズマ・ホミニス、およびマイコプラズマ・ゲニタリウム)、ノカルジア属(例えば、ノカルジア・アステロイデス、ノカルジア・シリアシゲオルギカ、およびノカルジア・ブラシリエンシス)、ナイセリア属(例えば、淋菌およびナイセリア・メニンギティディス)、パスツレラ・ムルトシダ、ピチロスポルム・オルビクラーレ(癜風菌)、プレシオモナス・シゲロイデス。プレボテラ属、ポルフィロモナス属、プレボテラ・メラニノゲニカ、プロテウス属(例えば、プロテウス・ブルガリス、およびプロテウス・ミラビリス)、プロビデンシア属(例えば、プロビデンシア・アルカリファシエンス、プロビデンシア・レットゲリ、およびプロビデンシア・スツアルティ)、緑膿菌、プロピオニバクテリウム・アクネス,ロドコッカス・エクイ、リケッチア属属(例えば、リケッチア・リケッチ、リケッチア・アカリ、およびリケッチア・プロワゼキ、オリエンティア・ツツガムシ(かつてはリケッチア・ツツガムシ)、およびリケッチア・ティフィ),ロドコッカス属、霊菌、ステノトロフォモナス・マルトフィラ、サルモネラ属(例えば、サモネラ・エンテリカ、サルモネラ・ティフィ、サルモネラ・パラティフィ、サルモネラ・エンテリティディス、サルモネラ・コレラスイス、およびネズミチフス菌)、セラチア属(例えば、セラチア・マルセサンスおよびセラチア・リクエファシエンス)、赤痢菌属(例えば、志賀赤痢菌、シゲラ・フレックスネリ、シゲラ・ボイディ、およびシゲラ・ソンネイ)、スタフィロコッカス属(例えば、黄色スタフィロコッカス、表皮スタフィロコッカス、スタフィロコッカス・ヘモリチカス、スタフィロコッカス・サプロフィチカス)、ストレプトコッカス属(例えば、肺炎レンサ球菌(例えば、クロラムフェニコール耐性血清型4肺炎レンサ球菌、スペクチノマイシン耐性血清型6B肺炎レンサ球菌、ストレプトマイシン耐性血清型9V肺炎レンサ球菌、エリスロマイシン耐性血清型14肺炎レンサ球菌、オプトキン耐性血清型14肺炎レンサ球菌、リファンピシン耐性血清型18C肺炎レンサ球菌、テトラサイクリン耐性血清型19F肺炎レンサ球菌、ペニシリン耐性血清型19F肺炎レンサ球菌、およびトリメトプリム耐性血清型23F肺炎レンサ球菌、クロラムフェニコール耐性血清型4肺炎レンサ球菌、スペクチノマイシン耐性血清型6B肺炎レンサ球菌、ストレプトマイシン耐性血清型9V肺炎レンサ球菌、オプトキン耐性血清型14肺炎レンサ球菌、リファンピシン耐性血清型18C肺炎レンサ球菌、ペニシリン耐性血清型19F肺炎レンサ球菌、またはトリメトプリム耐性血清型23F肺炎レンサ球菌)、ストレプトコッカス・アガラクチアエ、ストレプトコッカス・ムタンス、化膿レンサ球菌、A群レンサ球菌、化膿レンサ球菌、B群レンサ球菌、ストレプトコッカス・アガラクチアエ、C群レンサ球菌、ストレプトコッカス・アンギノスス、ストレプトコッカス・エクイスミリス、D群レンサ球菌、ストレプトコッカス・ボビス、F群レンサ球菌、およびストレプトコッカス・アンギノススG群レンサ球菌)、スピリウム・ミヌス、ストレプトバチルス・モニリフォルミ、トレポネーマ属(例えば、トレポネーマ・カラテウム、トレポネーマ・ペテヌエ、梅毒トレポネーマ、およびトレポネーマ・エンデミカム、トリコフィトン・ルブルム、トリコフィトン・メンタグロフィテス、トロフェリマ・ホウィッペリ、ウレアプラズマ・ウレアリチクム、ベイロネラ属、ビブリオ属(例えば、ビブリオ・コレレ、ビブリオ・パラヘモリティカス、ビブリオ・バルニフィカス、ビブリオ・パラヘモリティクス、ビブリオ・バルニフィカス、ビブリオ・アルギノリティクス、ビブリオ・ミミクス、ビブリオ・ホリサエ、ビブリオ・フルビアリス、ビブリオ・メチニコフィイ、ビブリオ・ダムセラ、およびビブリオ・フルニシイ)、エルシニア属(例えば、エルシニア・エンテロコリチカ、ペスト菌、およびエルシニア・シュードツベルクローシス)、およびキサントモナス・マルトフィラ。

真菌
Below is an exemplary list of types of microorganisms that may be detected using the embodiments disclosed herein. In certain exemplary embodiments, said microorganism is a bacterium. Examples of bacteria that can be detected according to the disclosed methods include, but are not limited to, any one or more of the following (or any combination thereof), among others: Acinetobacter baumannii, Actinobacillus, Actinomycetes. , Actinomyces (e.g., Actinomyces Israeli and Actinomyces naeslundi), Aeromonas (e.g., Aeromonas hydrophila, Aeromonas veronii subgenus Sobria (Aeromonas sobria), and Aeromonas caviae), Ana Plasma phagocytophilum, Anaplasma marginale, Alcaligenes xylosoxydans, Acinetobacter baumannii, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Bacillus genus (e.g., Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis , and Bacillus stearothermophilus), Bacteroides (e.g. Bacteroides fragilis), Bartonella (e.g. Bartonella basiformis and Bartonella henselae), Bifidobacterium, Bordetella (e.g. Bordetella pertussis) , Bordetella parapertussis, and Bordetella bronchiseptica), Borrelia (e.g., Borrelia recalentis, and Borrelia burgdorferi), Brucella (e.g., Brucella avoltus, Brucella canis, Brucella melitensis, and Brucella suisse) , Bucorderia (e.g., Bucorderia pseudomallei, and Bucorderia cepacia), Campylobacter (e.g., Campylobacter jejuni, Campylobacter coli, Campylobacter rari, and Campylobacter fetus), Capnocytophaga, Cardiobacterium hominis, Chlamydia trachomatis, Chlamydophila pneumoniae, Chlamydophila sitassi, Citrobacter spp. ), Clostridium (e.g., Clostridium perfringens, Clostridium difficile, Clostridium botulinum, and Clostridium tetani), Eikenella colodens, Enterobacter (e.g., Enterobacter aerogenes, Enterobacter agglomerans, Enterobacter cloaca, and E. coli (including opportunistic E. coli such as enterotoxigenic E. coli, invasive E. coli, pathogenic E. coli, enterohemorrhagic E. coli, enteroaggregative E. coli, and uropathogenic E. coli), Enterococcus genera (e.g., Enterococcus faecalis and Enterococcus phaechium), Ehrlichia (e.g. Ehrlichia chaffeensia, and Ehrlichia canis), Epidermophyton floccosum, Erysipelothus swine, Eubacterium, Francisella tularensis, Fusobacterium nucleatum, Gardnerella vaginalis, Gemera morbilorum , Haemophilus (e.g., Haemophilus influenzae, Haemophilus molluscum, Haemophilus aegyptus, Haemophilus parainfluenzae, Haemophilus haemolyticus, and Haemophilus parahaemolyticus), Helicobacter (e.g., Helicobacter pylori, Helicobacter cinedi, and Helicobacter feneriae), Kingella kingii, Klebsiella (e.g., Klebsiella pneumoniae, Klebsiella granulomatis, and Klebsiella oxytoca), Lactobacillus, Listeria monocytogenes, Leptospira interrogans, Legionella pneumophila, Leptospira interrogans, Peptostreptococcus, Mannheimia haemolytica, Microsporum canis, Moraxella catarrhalis, Morganella, Mobiluncus, Micrococcus, Mycobacterium (e.g. Mycobacterium leprae, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium para tuberculosis, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium avium, Mycobacterium bovis, and Mycobacterium marinum), Mycoplasma genera (e.g., Mycoplasma pneumoniae, Mycoplasma hominis, and Mycoplasma genitalium) , Nocardia sp. (e.g. Nocardia asteroides, Nocardia syriacigeorgica, and Nocardia brasiliensis), Neisseria sp. fungus), Plesiomonas shigeroides. Prevotella, Porphyromonas, Prevotella melaninogenica, Proteus (e.g. Proteus vulgaris and Proteus mirabilis), Providencia (e.g. Providencia alcalifaciens, Providencia rettgeri, and Providencia stuarti), green Aeruginosa, Propionibacterium acnes, Rhodococcus equi, Rickettsia spp. , Rhodococcus spp., Serratia marcescens, Stenotrophomonas maltophila, Salmonella spp. Serratia marcesans and Serratia licefaciens), Shigella spp. Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus haemolyticus, Staphylococcus saprophyticus), Streptococcus spp. Streptococci, Streptomycin-resistant serotype 9V Streptococcus pneumoniae, Erythromycin-resistant serotype 14 Streptococcus pneumoniae, Optkin-resistant serotype 14 Streptococcus pneumoniae, Rifampicin-resistant serotype 18C Streptococcus pneumoniae, Tetracycline-resistant serotype 19F Streptococcus pneumoniae, Penicillin-resistant serum Streptococcus pneumoniae type 19F and trimethoprim-resistant serotype 23F Streptococcus pneumoniae, chloramphenicol-resistant serotype 4 Streptococcus pneumoniae, spectinomycin-resistant serotype 6B Streptococcus pneumoniae, streptomycin-resistant serotype 9V Streptococcus pneumoniae, optkin-resistant serotype 14 Streptococcus pneumoniae, rifampicin-resistant serotype 18C Streptococcus pneumoniae, penicillin-resistant serotype 19F Streptococcus pneumoniae, or trimethoprim-resistant serotype 23F Streptococcus pneumoniae), Streptococcus agalactiae, Streptococcus mutans, Streptococcus pyogenes, Group A Streptococcus pyogenes, Streptococcus pyogenes, Group B Streptococcus, Streptococcus agalactiae, Group C Streptococcus, Streptococcus anginosus, Streptococcus equismilis, Group D Streptococcus, Streptococcus bovis, Group F Streptococcus, and Streptococcus anginosus Group G Streptococcus coccus), Spirium minus, Streptobacillus moniliformi, Treponema spp. Plasma urealyticum, Veillonella, Vibrio (e.g., Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio vulnificus, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio vulnificus, Vibrio alginolyticus, Vibrio mimicus, Vibrio parahaemolyticus) horisae, Vibrio fluvialis, Vibrio mechnicophili, Vibrio damselae, and Vibrio flunisii), Yersinia (eg, Yersinia enterocolitica, Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis, and Yersinia pseudotuberculosis), and Xanthomonas maltophila.

fungus

特定の例示的な実施形態では、微生物は真菌または真菌属である。開示される方法によって検出され得る菌類の例としては、これらに限定されないが、以下のいずれか1種以上(またはその任意の組合せ)が挙げられる:アスペルギルス、ブラストミセス、カンジジアシス、コクシジオドミコシス、クリプトコックス・ネオフォルマンス、クリプトコックス・ガッティ種、ヒストプラズマ属(例えば、ヒストプラズマ・カプスラーツム)、ニューモシスチス属(例えば、ニューモシスチス・イロベチイ)、スタキボトリス(例えば、スタキボトリス・チャルタルム)、ムクロイムコシス、スポロトリックス、真菌性目感染白癬菌、エクセロヒルム、クラドスポリウム。 In certain exemplary embodiments, the microorganism is a fungus or genus Fungi. Examples of fungi that can be detected by the disclosed methods include, but are not limited to, any one or more of the following (or any combination thereof): Aspergillus, Blastomyces, Candidiasis, Coccidiodomycosis, Cryptococcus neoformans, Cryptococcus gattii species, Histoplasma (e.g. Histoplasma capsulatum), Pneumocystis (e.g. Pneumocystis jirovecii), Stachybotrys (e.g. Stachybotrys chartarum), Mucromycosis, Sporothrix, Fungal eye infections Trichophyton, Exserohilum, Cladosporium.

特定の例示的な実施形態では、真菌は酵母菌である。開示される方法によって検出し得る酵母菌の例としては、これらに限定されないが、以下のいずれか1種以上(またはその任意の組合せ)が挙げられる:アスペルギルス属(例えば、アスペルギルス・フミガツス、アスペルギルス・フラブス、およびアスペルギルス・クラバツス)、クリプトコックス属(例えば、クリプトコックス・ネオフォルマンス、クリプトコックス・ガッティ、クリプトコックス・ラウレンチイ、およびクリプトコックス・アルビヅス)、ゲオトリチュム属、サッカロミセス属、ハンセヌラ属、カンジダ属(例えば、カンジダ・アルビカンス)、クルイベロミセス属、デバリオミセス属、ピキア属、またはこれらの組合せ。特定の例示的な実施形態では、菌類はカビである。カビの例としては、これらに限定されないが、アオカビ属、クラドスポリウム属、ビソクラミス属、またはこれらの組合せが挙げられる。

原生動物
In certain exemplary embodiments, the fungus is yeast. Examples of yeast that can be detected by the disclosed methods include, but are not limited to, any one or more of the following (or any combination thereof): Aspergillus (e.g., Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, and Aspergillus cravatus), Cryptococcus (e.g. Cryptococcus neoformans, Cryptococcus gattii, Cryptococcus laurentii, and Cryptococcus albidus), Geotrichum, Saccharomyces, Hansenula, Candida ( For example, Candida albicans), Kluyveromyces, Debaryomyces, Pichia, or combinations thereof. In certain exemplary embodiments, the fungi are molds. Examples of molds include, but are not limited to, Blue mold, Cladosporium, Bisochlamys, or combinations thereof.

protozoa

特定の例示的な実施形態では、微生物は原生動物である。開示される方法および装置によって検出され得る原生動物の例としては、これらに限定されないが、ユーグレノゾア、ヘテロロボセア、ジプロモナジダ、アメーボゾア、ブラストシスチス、およびアピコンプレクサのいずれか1種以上(またはその任意の組合せ)が挙げられる 。ユーグレノゾアの例としては、これらに限定されないが、トリパノソーマ・クルージ(シャーガス病)、トリパノソーマ・ブルセイガンビエンセ、トリパノソーマ・ブルセイロデシエンセ、レイシュマニア・ブラジリエンシス、レイシュマニア・インファンツム、レイシュマニア・メキシカナ、レイシュマニア・メジャー、レイシュマニア・トロピカ、およびレイシュマニア・ドノバニが挙げられる。ヘテロロボセアの例としては、これらに限定されないが、ネグレリア・フォーレリが挙げられる。ジプロモナジダの例としては、これらに限定されないが、ジアルディア・インテスチナリス(ジアルディア・ランブリア、ジアルディア・ドゥオデナリスドゥオデナリス)が挙げられる。アメーボゾアの例としてはこれらに限定されないが、アカンサモエバ・カステラニ、バラムチア・マンドリラリス、赤痢アメーバが挙げられる、ブラストシスチスの例としては、これらに限定されないが、ブラストシスチス・ホミニスが挙げられる。アピコンプレクサの例としては、これらに限定されないが、バベシア・ミクロチ、クリプトスポリジウム・パルブム、シクロスポラ・カイエタネンシス、プラスモジウム・ファルチパルム、プラスモジウム・ビバックス、プラスモジウム・オバーレ、プラスモジウム・マラリアエ、およびトキソプラズマ・ゴンディ、バベシア・ミクロチ、クリプトスポリジウ.ム・パルブム、シクロスポラ・カイエタネンシス、プラスモジウム・ファルチパルム、プラスモジウム・ビバックス、プラスモジウム・オバーレ、プラスモジウム・マラリアエ、およびトキソプラズマ・ゴンディが挙げられる。

寄生虫
In certain exemplary embodiments, the microorganism is a protozoan. Examples of protozoa that can be detected by the disclosed methods and devices include, but are not limited to, any one or more of Euglenozoa, Heterobocea, Dipromonadida, Amoebozoa, Blastocystis, and Apicomplexa (or any combination thereof). are mentioned. Examples of Euglenozoa include, but are not limited to, Trypanosoma cruzi (Chagas disease), Trypanosoma brucei gambiense, Trypanosoma brucei desiense, Leishmania brasiliensis, Leishmania infantum, Leishmania Mania mexicana, Leishmania major, Leishmania tropica, and Leishmania donovani. Examples of heterorobocea include, but are not limited to, Naegleria fowleri. Examples of Dipromonadida include, but are not limited to, Giardia intestinalis (Giardia lamblia, Giardia duodenalis duodenalis). Examples of amoebozoa include, but are not limited to, Acanthamoeba castellanii, Balamuthia mandrillaris, Entamoeba histolytica, examples of Blastocystis include, but are not limited to, Blastocystis hominis. Examples of Apicomplexa include, but are not limited to, Babesia microti, Cryptosporidium parvum, Cyclospora caietanensis, Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae, and Toxoplasma gondii, Babesia・Microti, Cryptosporidium. Mu parvum, Cyclospora caietanensis, Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae, and Toxoplasma gondii.

Parasite

特定の例示的な実施形態では、微生物は寄生虫である。開示される方法によって検出され得る寄生虫としては、これらに限定されないが、オンコセルカ属およびプラスモジウム属のいずれか1種以上(またはその任意の組合せ)が挙げられる。

ウイルス
In certain exemplary embodiments, the microorganism is a parasite. Parasites that can be detected by the disclosed methods include, but are not limited to, any one or more of the genera Onchocerca and Plasmodium (or any combination thereof).

virus

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示されるシステム、装置、および方法は、試料中のウイルスを検出することに関する。本明細書で開示される実施形態を用いて、ウイルス感染(例えば、対象者または植物)を検出、あるいは一塩基多型により異なるウイルス株を含むウイルス株の決定を行ってもよい。ウイルスは、DNAウイルス、RNAウイルス、またはレトロウイルスであってもよい。本発明で有用なウイルスの非限定的な例としては、これらに限定されないが、以下のものを含む:エボラウイルス、麻疹ウイルス、SARSウイルス、チクングニアウイルス、肝炎ウイルス、マールブルグウイルス、黄熱ウイルス、MERSウイルス、デング熱ウイルス、ラッサ熱ウイルス、インフルエンザウイルス、ラブドウイルス、またはHIVラブドウイルスが挙げられる。肝炎ウイルスは、A型肝炎ウイルス、B型肝炎ウイルス、またはC型肝炎ウイルスを含んでいてもよい。インフルエンザウイルスは、例えば、インフルエンザAまたはインフルエンザBを含んでいてもよい。HIVはHIV1またはHIV2を含んでいてもよい。特定の例示的な実施形態では、ウイルス配列は以下のものであってもよい:ヒト呼吸器多核体ウイルス、スーダンエボラウイルス、ブンディブギョウイルス、タイフォレストエボラウイルス、レストンエボラウイルス、アチモタウイルス、アエデスフラビウイルス、アグアカテウイルス、アカバネウイルス、アレチノフィドレプタレナウイルス(Alethinophid reptarenavirus)、オルパフアヨマンマレナウイルス(Allpahuayo mammarenavirus)、アマパリマレナウイルス(Amapari mmarenavirus)、アンデスウイルス、アポイウイルス、アラバンウイルス、アロアウイルス、アルムウォトウイルス、タイセイヨウサケパラミクソウイルス、オーストラリアコウモリ・リッサウイルス、鳥ボルナウイルス、鳥メタニューモウイルス、鳥パラミクソウイルス、ペンギンまたフォークランド島ウイルス、BKポリオーマウイルス、バガザウイルス、バンナウイルス、コウモリヘペウイルス、コウモリサポウイルス、熊カノンマンマレナウイルス、ベイロンウイルス、ベータコロナウイルス、ベータパピローマウイルス1~6、バーンヤウイルス、ボケローコウモリリッサウイルス、ボルナ病ウイルス、バーボンウイルス、ウシヘパシウイルス、ウシパラインフルエンザウイルス3、ウシ呼吸器多核体ウイルス、ブラゾランウイルス、ブニヤムウェラウイルス、カリシウイルス科ウイルス。カリフォルニア脳炎ウイルス、カンディルウイルス、犬ジステンパーウイルス、犬ニューモウイルス、セダーウイルス、細胞融合因子ウイルス、クジラモルビリウイルス、チャンディプラウイルス、朝陽ウイルス、チャパレマンマレナウイルス(Chapare mammarenavirus)、チクングニアウイルス、コロブスモンキーパピローマウイルス、コロラドダニ熱ウイルス、牛痘ウイルス、クリミア・コンゴ出血熱ウイルス、イエカフラビウイルス、クピキシ(Cupixi)マンマレナウイルス、デング熱ウイルス、ドブラバ-ベルグレドウイルス、ドンガン(Donggang)ウイルス、デュグベ(Dugbe)ウイルス、ドゥベンヘイジウイルス、東部ウマ脳炎ウイルス、エンテベコウモリウイルス、エンテロウイルスA~D、ヨーロッパコウモリリッサウイルス1~2、アイア(Eyach)ウイルス、ネコモルビリウイルス、フェルドランスパラミクソウイルス、フィッツロイ川ウイルス、フラビウイルス科ウイルス、フレクサルマンマレナウイルス、GBウイルスC、ガイロ(Gairo)ウイルス、ゲミサーキュラーウイルス、ガチョウパラミクソウイルスSF02、グレートアイランドウイルス、グアナリトマンマレナウイルス、ハンタンウイルス、ハンタウイルスZ10、ハートランドウイルス、ヘンドラウイルス、A/B/C/E型肝炎ウイルス、デルタ肝炎ウイルス、ヒトボカウイルス、ヒトコロナウイルス、ヒト内因性レトロウイルスK、ヒト腸溶性コロナウイルス、ヒトゲンシャル関連環状DNAウイルス-1、ヒトヘルペスウイルス1~8、ヒト免疫不全ウイルス1/2、ヒトマストアデノウイルスA~G、ヒトパピローマウイルス、ヒトパラインフルエンザウイルス1~4、ヒトパレコウイルス、ヒトピコビルナウイルス、ヒトスマコウイルス(smacovirus)、イコマリッサウイルス、イルヘウスウイルス、インフルエンザA~C、イッピマンマレナウイルス、イルクーツウイルス、J-ウイルス、JCポリオーマウイルス、日本脳炎ウイルス、ジュニンマンマレナウイルス、KIポリオーマウイルス、カディピロウイルス、カミチ川(Kamiti River)ウイルス、ケドウゴウウイルス、クージャンウイルス、ココベラウイルス、キャサヌル森林病ウイルス、ラゴスコウモリウイルス、ランガットウイルス、ラッサマンマレナウイルス、ラティーノマンマレナウイルス、レオパーズヒルウイルス、遼寧(Liao ning)ウイルス、ユンガン(Ljungan)ウイルス、ルロビウ(Lloviu)ウイルス、跳躍病ウイルス、ルジョマンマレナウイルス、ルナマンマレナウイルス、ルンク(Lunk)ウイルス、リンパ球性脈絡髄膜炎マンマレナウイルス、リッサウイルスオゼルノエ、MSSI2\.225ウイルス、マチュポマンマレナウイルス、ママストロウイルス1、マンザニラウイルス、マプエラウイルス、マールブルグウイルス、マヨロウイルス、麻疹ウイルス、メナングルウイルス、メルカデオウイルス、メルケル細胞ポリオーマウイルス、中東呼吸器症候群コロナウイルス、モバラマンマレナウイルス、モドクウイルス、モイジャン(Moijang)ウイルス、モコロウイルス、サル痘ウイルス、モンタナ筋炎白質脳炎(myotis leukoencephalitis)ウイルス、モペイアラッサウイルス再集合体29、モペイアマンマレナウイルス、モロゴロウイルス、モスマンウイルス、ムンプスウイルス、マウス肺炎ウイルス、マリーバレー脳炎ウイルス、ナリバウイルス、ニューカッスル病ウイルス、ニパウイルス、ノーウォークウイルス、ノルウェーラットヘパシウイルス、タヤウイルス、オニョンニョンウイルス、オリベロスマンマレナウイルス、オムスク出血熱ウイルス、オロプーシェウイルス、パラインフルエンザウイルス5、パラナマンマレナウイルス、パラマッタ川ウイルス、小反芻獣疫ウイルス、ピチャンデ(Pichande)マンマレナウイルス、ピコルナウイルス科ウイルス、ピリタルマンマレナウイルス、ピシヘペ(Piscihepe)ウイルスA、ブタパラインフルエンザウイルス1、ブタルブラウイルス、ポワサンウイルス、霊長類Tリンパ球向性ウイルス1~2、霊長類エリスロパルボウイルス1、プンタトロウイルス、プーマラウイルス、カンビンウイルス、狂犬病ウイルス、ラズダンウイルス、爬虫類ボルナウイルス1、ライノウイルスA~B、リフトバレー熱ウイルス、牛疫ウイルス、リオブラボーウイルス、齧歯類トルクテノウイルス、齧歯類ヘパシウイルス、ロスリバーウイルス、ロタウイルスA~I,ロイヤルファームウイルス、風疹ウイルス、サビアマンマレナウイルス、サレムウイルス、サシチョウバエ熱ナポリウイルス、サシチョウバエ熱シチリアウイルス、サッポロウイルス、サシュペリウイルス、アザラシ(Seal)アネロウイルス、セムリキ森林ウイルス、センダイウイルス、ソウルウイルス、セピクウイルス、重症急性呼吸器症候群関連コロナウイルス、血小板減少症症候群ウイルスを伴う高熱、シャモンダウイルス、シモニコウモリウイルス、シュニウイルス、シンブウイルス、シミアントルクテノウイルス、シミアンウイルス40~41、シンノンブルウイルス、シンドビスウイルス、小アネロウイルス、スソガ(Sosuga)ウイルス、スペインヤギ脳炎ウイルス、スポンドウェニィウイルス、セントルイス脳炎ウイルス、サンシャインウイルス、TTV用ミニウイルス、タカリベマンマレナウイルス、タイラ(Taila)ウイルス、タマナコウモリウイルス、タミアミマンマレナウイルス、テンブスウイルス、トゴトウイルス、トッタパラヤンウイルス、ダニ媒介性脳炎ウイルス、チオマンウイルス、トガウイルス科ウイルス、トルクテノカニスウイルス、トルクテノドウロウコウリ(douroucouli)ウイルス、トルクテノフェリスウイルス、トルクテノディウイルス、トルクテノススウイルス、トルクテノタマリンウイルス、トルクテノウイルス、トルクテノアシカウイルス、ツホコウイルス、ツラウイルス、ツパイア・パラミクソウイルス、ウスツウイルス、ウークニエミウイルス、ワクシニアウイルス、天然痘ウイルス、ベネズエラウマ脳炎ウイルス、水疱性口内炎インディアナウイルス、WUポリオーマウイルス、ウェッセルスブロンウイルス、ウェストコーカシアンコウモリウイルス、西ナイルウイルス、西部ウマ脳炎ウイルス、ホワイトウオーター・アロヨマンマレナウイルス、黄熱ウイルス、ヨコセウイルス、ヤグボグダノバクウイルス、ザイールエボラウイルス、ジカウイルス、またはジゴサッカロミセス・バイリウイルスZウイルス配列。検出され得るRNAウイルスの例は、以下のいずれか1つ以上(またはその任意の組合せ)を含む:コロナウイルス科ウイルス、ピコルナウイルス科ウイルス、カリシウイルス科ウイルス、フラビウイルス科ウイルス、トガウイルス科ウイルス、ボルナウイルス科、フィロウイルス科、パラミクソウイルス科、ニューモウイルス亜科、ラブドウイルス科、アレナウイルス科、ブニヤウイルス科、オルトミクソウイルス科、またはデルタウイルス。特定の例示的な実施形態では、ウイルスは、コロナウイルス、SARS、ポリオウイルス、ライノウイルス、A型肝炎、ノーウォークウイルス、黄熱ウイルス、西ナイルウイルス、C型肝炎ウイルス、デング熱ウイルス、ジカウイルス、風疹ウイルス、ロスリバーウイルス、シンドビスウイルス、チクングニアウイルス、ボルナ病ウイルス、エボラウイルス、マールブルグウイルス、麻疹ウイルス、ムンプスウイルス、ニパウイルス、ヘンドラウイルス、ニューカッスル病ウイルス、ヒト呼吸器多核体ウイルス、狂犬病ウイルス、ラッサウイルス、ハンタウイルス、クリミア・コンゴ出血熱ウイルス、インフルエンザ、またはD型肝炎ウイルスである。 In certain exemplary embodiments, the systems, devices, and methods disclosed herein relate to detecting viruses in samples. Embodiments disclosed herein may be used to detect viral infections (eg, in subjects or plants) or to determine viral strains, including viral strains that differ by single nucleotide polymorphisms. Viruses may be DNA viruses, RNA viruses, or retroviruses. Non-limiting examples of viruses useful in the present invention include, but are not limited to: Ebola virus, Measles virus, SARS virus, Chikungunya virus, Hepatitis virus, Marburg virus, Yellow fever virus, MERS. viruses, dengue virus, lassa virus, influenza virus, rhabdovirus, or HIV rhabdovirus. The hepatitis virus may include hepatitis A virus, hepatitis B virus, or hepatitis C virus. Influenza viruses may include, for example, influenza A or influenza B. HIV may include HIV1 or HIV2. In certain exemplary embodiments, the viral sequences may be: human respiratory syncytial virus, Sudan Ebola virus, Bundibugyo virus, Tai Forest Ebola virus, Reston Ebola virus, Atimota virus, Aedes flavivirus, Aguacatevirus, Akabane virus, Alethinophid reptarenavirus, Allpahuayo mammarenavirus, Amapari mmarenavirus, Andean virus, Apoivirus, Alabang Viruses, Alloavirus, Almwotovirus, Atlantic Salmon Paramyxovirus, Australian Bat Lyssavirus, Avian Bornavirus, Avian Metapneumovirus, Avian Paramyxovirus, Penguin or Falkland Island Virus, BK Polyomavirus, Bagazavirus, Bannavirus, bat hepevirus, bat sapovirus, bear canon manmarenavirus, veyron virus, betacoronavirus, betapapillomavirus 1-6, bahnyavirus, Bokello bat morilyssavirus, Borna disease virus, bourbon virus, bovine hepacivirus Viruses, bovine parainfluenza virus 3, bovine respiratory syncytial virus, brazolan virus, bunyamwella virus, caliciviridae virus. California encephalitis virus, Candir virus, Canine distemper virus, Canine pneumovirus, Cedar virus, Cell fusion factor virus, Whale morbillivirus, Chandipura virus, Chaoyang virus, Chapare mammarenavirus, Chikungunya virus, Colobus monkey papilloma virus Viruses, Colorado tick fever virus, Cowpox virus, Crimean-Congo hemorrhagic fever virus, Culex flavivirus, Cupixi mammarena virus, Dengue virus, Dobrava-Belgredo virus, Donggang virus, Dugbe virus, Dubenhage virus, Eastern equine encephalitis virus, Entebbe bat virus, Enteroviruses AD, European bat Lyssavirus 1-2, Eyach virus, Feline morbillivirus, Feldrans paramyxovirus, Fitzroy River virus, Flavivirus family viruses, flexal manmarenavirus, GB virus C, Gairo virus, gemicircular virus, goose paramyxovirus SF02, great island virus, guanalithmanmarenavirus, hantavirus, hantavirus Z10, heartland virus, Hendra virus, hepatitis A/B/C/E virus, hepatitis delta virus, human bocavirus, human coronavirus, human endogenous retrovirus K, human enteric coronavirus, human genthal-associated circular DNA virus-1, human herpes Viruses 1-8, Human Immunodeficiency Virus 1/2, Human Mastadenovirus A-G, Human Papillomavirus, Human Parainfluenza Viruses 1-4, Human Parechovirus, Human Picovirnavirus, Human Smacovirus, Icomarissa virus, Irheus virus, Influenza A to C, Ippimanmarenavirus, Irkutz virus, J-virus, JC Polyomavirus, Japanese encephalitis virus, Juninmanmarenavirus, KI Polyomavirus, Cadipirovirus, Kamichi Kamiti River virus, Kedou Gou virus, Kujang virus, Cocobella virus, Kyasanul forest disease virus, Lagos bat virus, Langat virus, Lassamanmarenavirus, Latinomanmarenavirus, Leopards Hill virus, Liaoning virus ning) virus, Ljungan virus, Lloviu virus, Jumping disease virus, Lujomanmarenavirus, Lunamanmarenavirus, Lunk virus, Lymphocytic Choriomeningitis Mammarenavirus, Lyssavirus Ozer Noe, MSSI2\. 225 virus, Machupo Mammarena virus, Mamastrovirus 1, Manzanilla virus, Mapuera virus, Marburg virus, Mayoro virus, Measles virus, Menanglu virus, Mercadeovirus, Merkel cell polyoma virus, Middle East respiratory syndrome Coronavirus, Mobara Mammarena Virus, Modoc Virus, Moijang Virus, Mocorrovirus, Monkeypox Virus, Montana myotis leukoencephalitis Virus, Mopei Alassa Virus Reassortant 29, Mopeia Mammarena Virus, Morogoro Viruses, Mosman virus, Mumps virus, Murine pneumonia virus, Murray Valley encephalitis virus, Nariva virus, Newcastle disease virus, Nipah virus, Norwalk virus, Norwegian rat hepacivirus, Taya virus, Onyong Nyong virus, Oliverosman malenavirus, Omsk hemorrhage Fever Virus, Oropouche Virus, Parainfluenza Virus 5, Paranamammarenavirus, Parramatta River Virus, Small Ruminant Pesticide Virus, Pichande Mammarenavirus, Picornaviridae Virus, Piritarmanmarenavirus, Piscihepe ) Virus A, porcine parainfluenza virus 1, porcine bra virus, Poissan virus, primate T lymphotropic virus 1-2, primate erythroparvovirus 1, puntatro virus, pumala virus, cambin virus, rabies virus , razudan virus, reptilian bornavirus 1, rhinovirus A-B, Rift Valley fever virus, rinderpest virus, riobravo virus, rodent torctenovirus, rodent hepacivirus, Ross River virus, rotavirus A-I, Royal farm virus, Rubella virus, Sabia Mammarena virus, Salem virus, Sandfly fever Napoli virus, Sandfly fever Sicilian virus, Sapporo virus, Sashperi virus, Seal anellovirus, Semliki forest virus, Sendai virus, Seoul virus , Sepik virus, severe acute respiratory syndrome-associated coronavirus, hyperthermia with thrombocytopenic syndrome virus, Shamonda virus, simon bat virus, shuni virus, simbu virus, simian torctenovirus, simian virus 40-41, shin nomburu virus , Sindbis virus, small anellovirus, Sosuga virus, Spanish goat encephalitis virus, Spondwenyi virus, St. Louis encephalitis virus, Sunshine virus, TTV minivirus, Takaribemanmarena virus, Taila virus, Taman bat virus, Tamiami mammarena virus, Tembus virus, Thogoto virus, Tottapalayan virus, Tick-borne encephalitis virus, Thioman virus, Togaviridae virus, Torctenocanis virus, Torcteno canis virus, Doroucouli Virus, Torquetenofelis virus, Torquetenodivirus, Torquetenosus virus, Torquetenotamarin virus, Torquetenovirus, Torquetenoasika virus, Tsuhoko virus, Tsura virus, Tupia paramyxovirus, Ustu virus, Wukniemi virus, Vaccinia Viruses, smallpox virus, Venezuelan equine encephalitis virus, vesicular stomatitis Indiana virus, WU polyomavirus, Wesselsbron virus, West Caucasian bat virus, West Nile virus, Western equine encephalitis virus, Whitewater arroyoman marena virus, yellow Fever virus, Yokose virus, Yagbogdanobac virus, Zaire Ebola virus, Zika virus, or Zygosaccharomyces Bailivirus Z virus sequences. Examples of RNA viruses that can be detected include any one or more of the following (or any combination thereof): Coronaviridae viruses, Picornaviridae viruses, Caliciviridae viruses, Flaviviridae viruses, Togaviridae viruses. A virus, Bornaviridae, Filoviridae, Paramyxoviridae, Pneumovirinae, Rhabdoviridae, Arenaviridae, Bunyaviridae, Orthomyxoviridae, or Deltavirus. In certain exemplary embodiments, the virus is coronavirus, SARS, poliovirus, rhinovirus, hepatitis A, Norwalk virus, yellow fever virus, West Nile virus, hepatitis C virus, dengue virus, Zika virus, Rubella virus, Ross River virus, Sindbis virus, Chikungunya virus, Borna virus, Ebola virus, Marburg virus, Measles virus, Mumps virus, Nipah virus, Hendra virus, Newcastle disease virus, Human respiratory syncytial virus, Rabies virus, Lassa virus, hantavirus, Crimean-Congo hemorrhagic fever virus, influenza, or hepatitis D virus.

特定の例示的な実施形態では、ウイルスは、以下を含む群から選択される植物ウイルスであってもよい:タバコモザイクウイルス(TMV)、トマト黄化壊疽ウイルス(TSWV)、キュウリモザイクウイルス(CMV)、ジャガイモウイルスY(PVY)、レトロウイルスカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、ウメ輪紋ウイルス(PPV)、ブロムモザイクウイルス(BMV)、ジャガイモウイルスX(PVX)、カンキツトリステザウイルス(CTV)、オオムギ黄萎ウイルス(BYDV)、ジャガイモ葉巻ウイルス(PLRV)、トマト矮化病ウイルス(TBSV)、イネ矮化ウイルス(RTSV)、イネ黄斑紋ウイルス(RYMV)、イネ白葉病ウイルス(RHBV)、トウモロコシラヤドフィノウイルス(MRFV)、トウモロコシ矮小モザイクウイルス(MDMV)、サトウキビモザイクウイルス(SCMV)、サツマイモ斑紋モザイクウイルス(SPFMV)、サツマイモ凹脈クロステロウイルス(sweet potato sunken vein closterovirus, SPSVV)、ブドウファンリーフウイルス(GFLV)、ブドウウイルスA(GVA)、ブドウウイルスB(GVB)、ブドウフレックウイルス(GFkV)、ブドウ葉巻随伴ウイルス-1、-2、および-3,(GLRaV-1、-2、および-3)、アラビスモザイクウイルス(ArMV)、またはブドウステムピッティング随伴ウイルス(RSPaV)。好ましい一態様では、標的RNA分子は、前記病原体の一部であるか、または前記病原体のDNA分子から転写されている。例えば、標的配列はRNAウイルスのゲノムに含まれていてもよい。前記病原体が前記植物に感染する、あるいはしている場合、CRISPRエフェクタータンパク質は、前記植物の病原体の標的RNA分子を加水分解することがさらに好ましい。従って、CRISPR系(またはその完成に必要な部分)が治療として感染が起こった後、または予防として感染が起こる前に適用される場合のいずれも、CRISPR系は植物の病原体から標的RNA分子を切断することができることが好ましい。 In certain exemplary embodiments, the virus may be a plant virus selected from the group comprising: Tobacco Mosaic Virus (TMV), Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV), Cucumber Mosaic Virus (CMV). , Potato Virus Y (PVY), Retrovirus Cauliflower Mosaic Virus (CaMV), Prunus Prunus Root Virus (PPV), Brome Mosaic Virus (BMV), Potato Virus X (PVX), Citrus Tristeza Virus (CTV), Barley Yellow Dilter virus (BYDV), potato leaf curl virus (PLRV), tomato dwarf virus (TBSV), rice dwarf virus (RTSV), rice yellow spot virus (RYMV), rice white leaf disease virus (RHBV), maize rayadofinovirus (MRFV), corn dwarf mosaic virus (MDMV), sugar cane mosaic virus (SCMV), sweet potato spot mosaic virus (SPFMV), sweet potato sunken vein closterovirus (SPSVV), grape fan leaf virus (GFLV) , Grape virus A (GVA), Grape virus B (GVB), Grape fleck virus (GFkV), Grape leaf curl-associated virus-1, -2, and -3, (GLRaV-1, -2, and -3), Arabis mosaic virus (ArMV), or grape stem pitting-associated virus (RSPaV). In one preferred aspect, the target RNA molecule is part of said pathogen or is transcribed from a DNA molecule of said pathogen. For example, the target sequence may be contained in the genome of an RNA virus. More preferably, when said pathogen infects or is infecting said plant, the CRISPR effector protein hydrolyzes a target RNA molecule of said plant pathogen. Thus, whether the CRISPR system (or the parts necessary for its completion) is applied as a treatment after an infection has occurred or as a prophylaxis before an infection has occurred, the CRISPR system cleaves the target RNA molecule from the plant pathogen. preferably be able to

特定の例示的な実施形態では、ウイルスはレトロウイルスであってもよい。本明細書で開示される実施形態を用いて検出され得るレトロウイルスの例としては、アルファレトロウイルス、ベータレトロウイルス、ガンマレトロウイルス、デルタレトロウイルス、イプシロンレトロウイルス、レンチウイルス、スプマウイルス属ウイルス、あるいはメタウイルス科、シュウドウイルス科、およびレトロウイルス科(HIVを含む)、ヘパドナウイルス科(B型肝炎ウイルスを含む)、およびカリモウイルス科(カリフラワーモザイクウイルスを含む)のウイルスの1種以上またはその任意の組合せが挙げられる。 In certain exemplary embodiments, the virus may be a retrovirus. Examples of retroviruses that can be detected using the embodiments disclosed herein include alpharetroviruses, betaretroviruses, gammaretroviruses, deltaretroviruses, epsilon retroviruses, lentiviruses, spumavirus viruses, or one or more of the Metaviridae, Pseudoviridae, and Retroviridae (including HIV), Hepadnaviridae (including Hepatitis B virus), and Calimoviridae (including Cauliflower Mosaic Virus) viruses, or Any combination thereof is included.

特定の例示的な実施形態では、ウイルスはDNAウイルスである。本明細書で開示される実施形態を用いて検出され得るDNAウイルスの例としては、マイオウイルス科、ポドウイルス科、サイフォウイルス科、アロヘルペスウイルス科、ヘルペスウイルス科(ヒトヘルペスウイルス、および水痘帯状疱疹ウイルスを含む)、マロコヘルペスウイルス科、リポスリクスウイルス科,ルディウイルス科、アデノウイルス科、アンプラウイルス、アスコウイルス科、アスファウイルス科(アフリカ豚コレラウイルスを含む)、バキュロウイルス科、シカウダウイルス科(Cicaudaviridae)、クラバウイルス科(Clavaviridae)、コルチコウイルス科(Corticoviridae)、フセロウイルス科、グロブロウイルス科、グッタウイルス科、ヒトロサウイルス科、イリドウイルス科、マセイレウイルス科(Maseilleviridae)、ミミウイルス科、ヌディウイルス科、ニマウイルス科、パンドラウイルス科、パピローマウイルス科、フィコドナウイルス科、プラズマウイルス科、ポリドナウイルス科、ポリオーマウイルス科(シミアンウイルス40、JCウイルス、BKウイルスを含む)、ポックスウイルス科(牛痘および天然痘を含む)、スファエロリポウイルス科(Sphaerolipoviridae)、テクティウイルス科、ツリウイルス科(Turriviridae)、ディノドナウイルス(Dinodnavirus)、サルテロプロウイルス(Salterprovirus),リジドウイルス(Rhizidovirus)のうちの1種以上(またはその任意の組合)のウイルスが挙げられる。態様によっては、細菌感染していると疑われる対象者で種に特異的な細菌感染を診断する方法が記載される。前記方法は、細菌性リボソームリボ核酸を含む試料を対象者から得ること;前記試料を上記のプローブの1つ以上と接触させて、試料中にある細菌性リボソームリボ核酸配列とプローブのハイブリダイゼーションを検出することを含み、ハイブリダイゼーションの検出は、対象者が大腸菌、肺炎桿菌、緑膿菌、黄色スタフィロコッカス、アシネトバクター・バウマニ、カンジダ・アルビカンス、エンテロバクター・クロアカ、エンテロコッカス・ファエカリス、エンテロコッカス・ファエキウム、プロテウス・ミラビリス、スタフィロコッカス・アガラクチアエ、スタフィロコッカス・マルトフィラ、またはこれらの組合せに感染していることを示す。 In certain exemplary embodiments, the virus is a DNA virus. Examples of DNA viruses that can be detected using the embodiments disclosed herein include Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae, Alloherpesviridae, Herpesviridae (human herpesvirus, and varicella-zoster virus). viruses), Marocoviridae, Liposurixviridae, Rudiviridae, Adenoviridae, Amplaviruses, Ascoviridae, Asphaviridae (including African swine fever virus), Baculoviridae, Cicaudaviridae Cicaudaviridae, Clavaviridae, Corticoviridae, Fuseroviridae, Globroviridae, Guttaviridae, Humanrosaviridae, Iridoviridae, Maseilleviridae, Mimiviruses family, Nudiviridae, Nimaviridae, Pandoraviridae, Papillomaviridae, Phycodnaviridae, Plasaviridae, Polydnaviridae, Polyomaviridae (including Simianvirus 40, JC virus, BK virus), Poxviridae (including cowpox and smallpox), Sphaerolipoviridae, Tektiviridae, Turriviridae, Dinodnavirus, Salterprovirus, Lysidovirus ( Rhizidovirus) (or any combination thereof). In some embodiments, methods of diagnosing a species-specific bacterial infection in a subject suspected of having a bacterial infection are described. The method comprises obtaining from a subject a sample containing bacterial ribosomal ribonucleic acid; contacting the sample with one or more of the above probes to allow hybridization of the probes to bacterial ribosomal ribonucleic acid sequences present in the sample. detecting, wherein the subject is Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus Staphylococcus, Acinetobacter baumannii, Candida albicans, Enterobacter cloacae, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Infection with Proteus mirabilis, Staphylococcus agalactiae, Staphylococcus maltophila, or a combination thereof.

特定の例示的な実施形態では、ウイルスは以下の表8に示すウイルス、または示された属/科のウイルスである。

Figure 2023052052000012
Figure 2023052052000013
Figure 2023052052000014
Figure 2023052052000015
Figure 2023052052000016
Figure 2023052052000017
Figure 2023052052000018
Figure 2023052052000019
In certain exemplary embodiments, the virus is a virus shown in Table 8 below, or a virus of the indicated genus/family.
Figure 2023052052000012
Figure 2023052052000013
Figure 2023052052000014
Figure 2023052052000015
Figure 2023052052000016
Figure 2023052052000017
Figure 2023052052000018
Figure 2023052052000019

特定の態様では、ウイルスは以下の表に示すウイルスである。

Figure 2023052052000020
In certain aspects, the virus is a virus shown in the table below.
Figure 2023052052000020

特定の態様では、ウイルスは以下の表9に示すウイルスである。

Figure 2023052052000021
In certain aspects, the virus is a virus shown in Table 9 below.
Figure 2023052052000021

特定の態様では、ウイルスは薬物耐性ウイルスである。例として、これらに限定されないが、ウイルスはリバビリン耐性ウイルスであってもよい。リバビリンは、複数のRNAウイルスを攻撃する非常に有効な抗ウイルスである。以下は、リバビリン耐性を進化させたいくつかの重要なウイルスである。口蹄疫ウイルス:doi:10.1128/JVI.03594-13。ポリオウイルス: www.pnas.org/content/100/12/7289.full.pdf。C型肝炎ウイルス:jvi.asm.org/content/79/4/2346.full。肝炎およびHIVウイルスなど、既存の抗ウイルス薬に耐性を進化させた複数の他の耐性RNAウイルス。B型肝炎ウイルス(ラミブジン、テノホビル、エンテカビル): doi:10.1002/hep.22900。C型肝炎ウイルス(テラプレビル、BILN2061、ITMN-191、SCH6、ボセプレビル、AG-021541、ACH-806): doi:10.1002/hep.22549。HIVは多くの薬物耐性変異を持つ。さらなる情報についてはHIVdb.stanford.eduを参照のこと。薬物耐性の他に、本明細書で記載する本発明によるCRISPR系で標的することができる臨床に適切な変異が複数ある。例えば、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)の耐性対急性感染: doi:10.1073/pnas.1019304108;またはエボラの感染力の増強:http://doi.org/10.1016/j.cell.2016.10.014およびhttp://doi.org/10.1016/j.cell.2016.10.013。
マラリアの検出と監視
In certain aspects, the virus is a drug-resistant virus. By way of example, but not limitation, the virus may be a ribavirin resistant virus. Ribavirin is a highly effective antiviral that attacks multiple RNA viruses. Below are some important viruses that have evolved ribavirin resistance. Foot-and-mouth disease virus: doi:10.1128/JVI.03594-13. Poliovirus: www.pnas.org/content/100/12/7289.full.pdf. Hepatitis C virus: jvi.asm.org/content/79/4/2346.full. Several other resistant RNA viruses, such as hepatitis and HIV viruses, have evolved resistance to existing antiviral drugs. Hepatitis B virus (lamivudine, tenofovir, entecavir): doi:10.1002/hep.22900. Hepatitis C virus (telaprevir, BILN2061, ITMN-191, SCH6, boceprevir, AG-021541, ACH-806): doi:10.1002/hep.22549. HIV has many drug resistance mutations. See HIVdb.stanford.edu for more information. In addition to drug resistance, there are multiple clinically relevant mutations that can be targeted with the CRISPR system according to the invention described herein. For example, resistance versus acute infection of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV): doi:10.1073/pnas.1019304108; or increased infectivity of Ebola: http://doi.org/10.1016/j.cell.2016.10 .014 and http://doi.org/10.1016/j.cell.2016.10.013.
Malaria detection and surveillance

マラリアは、プラスモジウム寄生虫によって引き起こされる蚊媒介病である。これらの寄生虫は、感染したメスのハマダラカに噛まれることで人々の間に広まっていく。プラスモジウム・ファルチパルム、プラスモジウム・ビバックス、プラスモジウム・オバーレ、プラスモジウム・マラリアエ、およびプラスモジウム・ノウレシという5つのプラスモジウム属がヒトのマラリアを引き越す。世界保健機関(WHO)によれば、これらの中でもプラスモジウム・ファルチパルムとプラスモジウム・ビバックスが最も大きな脅威に関与する。P.ファルチパルムはアフリカ大陸で最も広まっているマラリア寄生虫で、地球上のマラリアに関連した死のほとんどに関与している。P.ビバックスは、サブサハラアフリカの外側のほとんどの国で優勢なマラリア寄生虫である。 Malaria is a mosquito-borne disease caused by the Plasmodium parasite. These parasites are spread among people through the bite of an infected female Anopheles mosquito. Five Plasmodium genera cause human malaria: Plasmodium falcipalum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae, and Plasmodium nouresi. According to the World Health Organization (WHO), Plasmodium falciparum and Plasmodium vivax pose the greatest threat among these. P. Falcipalum is the most prevalent malaria parasite on the African continent and is responsible for most of the malaria-related deaths on the planet. P. Vivax is the predominant malarial parasite in most countries outside Sub-Saharan Africa.

2015年、91の国と地域でマラリアの伝染が発生した。最新のWHOの見積もりによれば、2015年に212,000,000件のマラリア症例があり、死亡は429000件であった。マラリアの伝染が広がった地域では、5歳以下の子どもが特に感染、発症、および死亡しやすく、マラリアによる総死亡数の3分の2(70%)超がこの年齢群で起きていた。2010年~2015年の間に5歳以下のマラリアによる死亡は世界で29%減少した。しかしながら、マラリアは依然として5歳以下の子どもの主要な死亡原因であり、2分間ごとに一人の子どもの命を奪っている。 In 2015, 91 countries and territories had malaria transmission. According to the latest WHO estimates, there were 212,000,000 malaria cases in 2015 and 429,000 deaths. In areas of high malaria transmission, children under the age of 5 years were particularly vulnerable to infection, illness and death, with more than two-thirds (70%) of all malaria deaths occurring in this age group. Between 2010 and 2015, malaria deaths in children under five years of age decreased by 29% worldwide. However, malaria remains the leading cause of death in children under the age of five, killing one child every two minutes.

WHOによって説明されるように、マラリアは急性の熱病である。免疫のない個体では、症状は感染性のある蚊に噛まれてから7日以上後に現れる。第一の症状である、発熱、頭痛、悪寒は中程度であることもあり、マラリアと認識しにくいが、24時間以内に治療しなければP.ファルチパルムマラリアは重篤な病状に進行して死に至ることもある。 As described by WHO, malaria is an acute febrile illness. In non-immune individuals, symptoms appear 7 days or more after being bitten by an infectious mosquito. The primary symptoms, fever, headache, and chills, may be moderate in severity, making it difficult to recognize malaria, but if not treated within 24 hours, P. Falcipalum malaria can progress to severe disease and even death.

重篤なマラリアに罹った子供は、以下の症状のうちの1つ以上を発症することが多い:ひどい貧血、代謝性アシドーシスに関連した呼吸困難、または脳マラリア。大人では多臓器合併症が見られることも多い。マラリアの流行地域では、人々は部分免疫を発達させていることもあり、無症状性感染を起こす。 Children with severe malaria often develop one or more of the following symptoms: severe anemia, dyspnea associated with metabolic acidosis, or cerebral malaria. Adults often have multiple organ complications. In malaria-endemic areas, people may develop partial immunity, causing asymptomatic infection.

急速かつ効率的な診断試験の発達は公衆の健康に大きく関連する。実際、マラリアの早期診断と治療は、疾患を低減するだけでなく死亡を防ぐが、マラリア伝染を低減することにも寄与する。WHOの推奨によれば、治療を施す前にマラリアが疑われるすべての症例を寄生虫に基づく診断試験(特に高速診断試験)を用いて確認すべきである(2015年4月に公開された「WHOマラリア治療ガイドライン第三版」を参照のこと)。 The development of rapid and efficient diagnostic tests has great public health implications. Indeed, early diagnosis and treatment of malaria not only reduces disease but also prevents mortality, but also contributes to reducing malaria transmission. According to WHO recommendations, all suspected cases of malaria should be confirmed using parasite-based diagnostic tests, especially rapid diagnostic tests, before initiating treatment (published April 2015). WHO Malaria Treatment Guidelines 3rd Edition”).

抗マラリア治療に対する耐性は、著しく治療方針を低下させる重要な健康問題である。実際、WHOのウェブサイトで報告されているように、P.ファルチパルムの前世代の医薬品(例えば、クロロキンおよびスルファドキシン/ピリメタミン(SP))に対する耐性は、1950年代および1960年代に広まり、マラリア制御の努力を損ない、子どもの生存に関する進歩を反転させた。従って、WHOは抗マラリア薬物耐性を常に監視することを推奨している。実際、正確な診断は、不適切な治療と抗マラリア医薬品の耐性の延長限度を回避する場合がある。 Resistance to antimalarial therapy is an important health problem that significantly reduces therapeutic strategies. In fact, as reported on the WHO website, P. Faltipalm's resistance to previous generation drugs (eg, chloroquine and sulfadoxine/pyrimethamine (SP)) became widespread in the 1950s and 1960s, undermining malaria control efforts and reversing progress on child survival. Therefore, WHO recommends constant monitoring of antimalarial drug resistance. Indeed, accurate diagnosis may avoid inadequate treatment and extended limits of antimalarial drug resistance.

2016年~2030年のマラリアに対するWHO世界技術方策(2015年5月に世界保健総会で採択)の文脈では、すべてのマラリア流行国に対して技術的な枠組みが提供される。マラリアの制御と根絶に向かって協働するように地域および国のプログラムを導き支援することを意図している。この方策は野心的だが、達成可能な世界的目標が設定されている:
*2030年までにマラリアの発生数を少なくとも90%低減すること。
*2030年までにマラリアの死亡率を少なくとも90%低減させること。
*2030年までに少なくとも35カ国でマラリアを根絶すること。
*マラリアのないすべての国でのマラリア再流行を防ぐこと。
In the context of the WHO Global Technical Policy on Malaria 2016-2030 (adopted by the World Health Assembly in May 2015), a technical framework is provided for all malaria endemic countries. It is intended to guide and support local and national programs to work together towards the control and eradication of malaria. The measure is ambitious, but achievable global goals have been set:
* To reduce malaria incidence by at least 90% by 2030.
* To reduce malaria mortality by at least 90% by 2030.
* End malaria in at least 35 countries by 2030.
* To prevent malaria resurgence in all malaria-free countries.

この方策は2年間に及ぶ広範囲の協議の結果であり、70の加盟国から400人以上の技術専門家の参加を含む。この方策は3つの主軸に基づく:
*マラリアの予防、診断、および治療への普遍的手段を確実にすること;
*根絶とマラリアのない状態の獲得に向かって努力を加速させること;および
*マラリアの監視を核心部への介入に転換すること。
The initiative is the result of two years of extensive consultations and involves the participation of more than 400 technical experts from 70 Member States. This strategy is based on three main axes:
* Ensuring universal access to malaria prevention, diagnosis and treatment;
* Accelerating efforts towards eradication and achieving malaria-free status; and * Converting malaria surveillance into core interventions.

プラスモジウムに対する治療は、キニーネまたはキニーネ誘導体などのアリールアミノアルコール類(例えば、クロロキン、アモジアキン、メフロキン、ピペラキン、ルメファントリン、プリマキン);親油性ヒドロキシナフトキノン類縁体(例えば、アトバクオン);抗葉酸塩薬物(例えば、スルファ薬物スルファドキシン、ダプソーン、およびピリメタミン);プログアニル;アトバクオン/プログアニルの組合せ;アルテミシニン薬物)、およびこれらの組合せを含む。 Treatments for Plasmodium include arylaminoalcohols such as quinine or quinine derivatives (e.g. chloroquine, amodiaquine, mefloquine, piperaquine, lumefantrine, primaquine); lipophilic hydroxynaphthoquinone analogues (e.g. atovaquone); antifolate drugs (e.g. For example, the sulfa drugs sulfadoxine, dapthone, and pyrimethamine); proguanil; atovaquone/proguanil combinations; artemisinin drugs), and combinations thereof.

蚊媒介病原体の存在について診断に用いられる標的配列は、プラスモジウム、特にヒトに影響を及ぼすプラスモジウム属(例えば、プラスモジウム・ファルチパルム、プラスモジウム・ビバックス、プラスモジウム・オバーレ、プラスモジウム・マラリアエ、およびプラスモジウム・ノウレシ)の存在について診断に用いられる配列(これらのゲノム由来の配列を含む)を含む。 Target sequences used diagnostically for the presence of mosquito-borne pathogens include those of Plasmodium, particularly Plasmodium spp. Includes sequences that are diagnostic for their presence, including those derived from the genome.

プラスモジウム、特にヒトに影響を及ぼすプラスモジウム属(例えば、プラスモジウム・ファルチパルム、プラスモジウム・ビバックス、プラスモジウム・オバーレ、プラスモジウム・マラリアエ、およびプラスモジウム・ノウレシ)に対する治療の薬物耐性を監視するのに診断に用いられる標的配列。 Targets used diagnostically to monitor drug resistance of treatments against Plasmodium, particularly Plasmodium genera that affect humans (e.g., Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae, and Plasmodium nouresi) arrangement.

さらに、標的配列は、プラスモジウム寄生虫の重要な生物学的過程に関与するタンパク質をコードする標的分子/核酸分子を含む配列を含む。そのようなタンパク質としては、特に輸送タンパク質(例えば、薬物/代謝産物輸送ファミリー由来のタンパク質、基質転座に関与するATP結合カセット(ABC)タンパク質(例えば、ABCトランスポーターCサブファミリーまたはNa/H交換体、膜グルタチオンS-トランスフェラーゼ));葉酸塩経路に関与するタンパク質(例えば、ジヒドロプテロイン酸生成酵素、ジヒドロ葉酸塩還元酵素活性またはジヒドロ葉酸塩還元酵素-チミジル酸生成酵素);およびミトコンドリア内膜に超えるプロトンの転移に関与するタンパク質、特にシトクロムb複合体が挙げられる。さらなる標的はまた、ヘムポリメラーゼをコードする1つまたは複数の遺伝子を含んでいてもよい。 Additionally, target sequences include sequences that include target molecules/nucleic acid molecules that encode proteins involved in important biological processes of Plasmodium parasites. Such proteins include, inter alia, transport proteins (e.g. proteins from the drug/metabolite transport family, ATP-binding cassette (ABC) proteins involved in substrate translocation (e.g. ABC transporter C subfamily or Na + /H + exchanger, membrane glutathione S-transferase)); proteins involved in the folate pathway (eg dihydropteroate synthase, dihydrofolate reductase activity or dihydrofolate reductase-thymidylate synthase); and mitochondria Proteins involved in the transfer of protons across the inner membrane, particularly the cytochrome b complex. Additional targets may also include one or more genes encoding heme polymerases.

さらに、標的配列は、重要な生物学的過程に関与するタンパク質をコードする標的分子/核酸分子を含む。このようなタンパク質は、P.ファルチパルムクロロキン耐性輸送遺伝子(pfcrt)、P.ファルチパルム多剤耐性トランスポーター1(pfmdr1)、P.ファルチパルム多剤耐性関連タンパク質遺伝子(Pfmrp)、P.ファルチパルムNa/H交換体遺伝子(pfnhe)、P.ファルチパルム輸出タンパク質1をコードする遺伝子、P.ファルチパルムCa2輸送ATPアーゼ6(pfatp6);P.ファルチパルムジジヒドロプテロイン生成酵素(pfdhps)、ジヒドロ葉酸塩還元酵素活性(pfdhpr)およびジヒドロ葉酸塩還元酵素-チミジル酸生成酵素(pfdhfr)遺伝子、シトクロムb遺伝子、gtpシクロヒドラーゼ、Kelch13(K13)遺伝子、および他のプラスモジウム属の機能的異種遺伝子から選択されてもよい。 Furthermore, target sequences include target molecules/nucleic acid molecules that encode proteins involved in important biological processes. Such proteins are P. faltipalm chloroquine resistance transporter (pfcrt), P. faltipalm multidrug resistance transporter 1 (pfmdr1), P. faltipalm multidrug resistance-associated protein gene (Pfmrp), P. faltipalm Na + /H + exchanger gene (pfnhe), P. The gene encoding the export protein 1, P. faltipalm. faltipalm Ca2 + transport ATPase 6 (pfatp6); faltipalm didihydropteroin synthase (pfdhps), dihydrofolate reductase activity (pfdhpr) and dihydrofolate reductase-thymidylate synthase (pfdhfr) gene, cytochrome b gene, gtp cyclohydrolase, Kelch13 (K13) gene, and other Plasmodium functional heterologous genes.

多くの変異、特に単一点変異は、現在の治療の標的であり、特異的耐性表現型に関連付けられているタンパク質において同定されている。従って、本発明により、プラスモジウムなどの蚊媒介寄生虫の様々な耐性表現型を検出することができる。 Many mutations, especially single point mutations, have been identified in proteins that are current therapeutic targets and are associated with specific resistance phenotypes. Thus, the present invention allows detection of various resistance phenotypes of mosquito-borne parasites such as Plasmodium.

発明により、標的核酸/分子における1つ以上の変異、特に1つ以上の一塩基多型を検出することができる。従って、以下の変異のいずれか1つまたはその組合せを薬物耐性マーカーとして用いて、本発明によってその変異を検出してもよい。 The invention makes it possible to detect one or more mutations, in particular one or more single nucleotide polymorphisms, in a target nucleic acid/molecule. Accordingly, any one or combination of the following mutations may be used as drug resistance markers and detected by the present invention.

P.ファルチパルムK13の単一点変異は、位置252、441、446、449、458、493、539、543、553、561、568、574、578、580、675、476、469、481、522、537、538、579、584、および719での単一点変異、特に変異E252Q、P441L、F446I、G449A、N458Y、Y493H、R539T、I543T、P553L、R561H、V568G、P574L、A578S、C580Y、A675V、M476I;C469Y;A481V;S522C;N537I;N537D;G538V;M579I;D584V;およびH719Nを含む。これらの変異は、一般に、アルテミシニン薬物耐性表現型に関与する(アルテミシニンおよびアルテミシニン系併用療法耐性、2016年4月WHO/HTM/GMP/2016.5)。 P. Single point mutations in faltipalm K13 are at positions 252, 441, 446, 449, 458, 493, 539, 543, 553, 561, 568, 574, 578, 580, 675, 476, 469, 481, 522, 537, Single point mutations at 538, 579, 584 and 719, especially mutations E252Q, P441L, F446I, G449A, N458Y, Y493H, R539T, I543T, P553L, R561H, V568G, P574L, A578S, C580Y, A675V, M476I; C469Y; N537I; N537D; G538V; M579I; D584V; These mutations are commonly associated with the artemisinin drug resistance phenotype (Artemisinin and artemisinin-based combination therapy resistance, April 2016 WHO/HTM/GMP/2016.5).

P.ファルチパルムジヒドロ葉酸塩還元酵素(DHFR)(PfDHFR-TS, PFD0830w)では、重要な多型は、位置108、51、59、および164の変異、特にピリメタミンに対する耐性を調節する108D、164L、51I、および59Rを含む。他の多型もまた、スルファドキシンに対する耐性に関連付けられている437G、581G、540E、436A、および613Sを含む。さらに観察されている変異は、Ser108Asn、Asn51Ile、Cys59Arg、Ile164Leu、Cys50Arg、Ile164Leu、Asn188Lys、Ser189ArgおよびVal213Ala、Ser108ThrおよびAla16Valを含む。変異Ser108Asn、Asn51Ile、Cys59Arg、Ile164Leu、Cys50Arg、Ile164Leuは特に、ピリメタミン系治療および/またはクロログアニン-ダプソーン併用療法耐性に関連付けられている。シクログアニル耐性は二重変異Ser108ThrおよびAla16Valに関連付けられているようである。dhfrの増幅はまた、治療耐性、特にピリメタミン耐性に大きく関連する場合がある。 P. In faltipalm dihydrofolate reductase (DHFR) (PfDHFR-TS, PFD0830w), the key polymorphisms are mutations at positions 108, 51, 59, and 164, particularly 108D, 164L, 51I, which regulate resistance to pyrimethamine. and 59R. Other polymorphisms also include 437G, 581G, 540E, 436A, and 613S, which have been associated with resistance to sulfadoxine. Further observed mutations include Ser108Asn, Asn51Ile, Cys59Arg, Ile164Leu, Cys50Arg, Ile164Leu, Asn188Lys, Ser189Arg and Val213Ala, Ser108Thr and Ala16Val. The mutations Ser108Asn, Asn51Ile, Cys59Arg, Ile164Leu, Cys50Arg, Ile164Leu are particularly associated with resistance to pyrimethamine-based therapy and/or chloroguanine-dapthone combination therapy. Cycloguanyl resistance appears to be associated with the double mutations Ser108Thr and Ala16Val. Amplification of dhfr may also be highly associated with therapeutic resistance, particularly pyrimethamine resistance.

P.ファルチパルムジジヒドロプテロイン生成酵素(DHPS)(PfDHPS, PF08_0095), 重要な多型は位置436、437、581および613での変異Ser436Ala/Phe、Ala437Gly、Lys540Glu、Ala581Gly、およびAla613Thr/Serを含む。位置581および/または613での多型は、スルファドキシン-ピリメタミン系治療に関連付けられている。 P. Faltipalm didihydropteroinase (DHPS) (PfDHPS, PF08_0095), important polymorphisms include mutations Ser436Ala/Phe, Ala437Gly, Lys540Glu, Ala581Gly, and Ala613Thr/Ser at positions 436, 437, 581 and 613. Polymorphisms at positions 581 and/or 613 have been associated with sulfadoxine-pyrimethamine system therapy.

P.ファルチパルムクロロキン耐性トランスポーター(PfCRT)では、位置76の多型、特に変異Lys76Thrはクロロキンに対する耐性に関連付けられている。さらに、多型は、クロロキン耐性に関連付けられることがあるCys72Ser、Met74Ile、Asn75Glu、Ala220Ser、Gln271Glu、Asn326Ser、Ile356Thr、およびArg371Ileを含む。PfCRTはまた、輸送活性あるいはタンパク質の特異性を調節することがある、残基S33、S411およびT416でのリン酸化である。 P. In the faltipalm chloroquine resistance transporter (PfCRT), a polymorphism at position 76, specifically the mutation Lys76Thr, is associated with resistance to chloroquine. Additionally, polymorphisms include Cys72Ser, Met74Ile, Asn75Glu, Ala220Ser, Gln271Glu, Asn326Ser, Ile356Thr, and Arg371Ile, which can be associated with chloroquine resistance. PfCRT is also phosphorylated at residues S33, S411 and T416, which may modulate transport activity or protein specificity.

P.ファルチパルム多薬物耐性トランスポーター1(PfMDR1)(PFE1150w)では、位置86、184、1034、1042での多型、特にAsn86Tyr、Tyr184-Phe、Ser1034Cys、Asn1042Asp、およびAsp1246Tyrが同定されており、ルメファントリン、アルテミシニン、キニーネ、メフロキン、ハロファントリン、およびクロロキンに対する感受性に影響を及ぼすことが報告されている。また、PfMDR1の増幅は、ルメファントリン、アルテミシニン、キニーネ、メフロキン、およびハロファントリンに対する感受性の低減と関連付けられており、PfMDR1の脱増幅(deamplification)はクロロキン耐性を増加させる。また、pfmdr1の増幅を検出してもよい。PfMDR1のリン酸化反応状態もまた大きく関連している。 P. In the faltipalm multidrug resistance transporter 1 (PfMDR1) (PFE1150w), polymorphisms at positions 86, 184, 1034, 1042, particularly Asn86Tyr, Tyr184-Phe, Ser1034Cys, Asn1042Asp, and Asp1246Tyr, have been identified and lumefan It has been reported to affect sensitivity to thrin, artemisinin, quinine, mefloquine, halofantrine, and chloroquine. Amplification of PfMDR1 has also been associated with reduced sensitivity to lumefantrin, artemisinin, quinine, mefloquine, and halofantrine, and deamplification of PfMDR1 increases chloroquine resistance. Amplification of pfmdr1 may also be detected. The phosphorylation status of PfMDR1 is also highly relevant.

P.ファルチパルム多薬物耐性関連タンパク質(PfMRP) (遺伝子基準PFA0590w)では、位置191および/または437(例えば、Y191HおよびA437S)での多型が同定されており、クロロキン耐性表現型と関連付けられている。 P. In the faltipalm multidrug resistance-associated protein (PfMRP) (genetic reference PFA0590w), polymorphisms at positions 191 and/or 437 (eg, Y191H and A437S) have been identified and associated with a chloroquine resistance phenotype.

P.ファルチパルムNA/H交換体(PfNHE) (ref PF13_0019)では、マイクロサテライトms4670でのDNNNDの繰り返しの増加がキニーネ耐性に関するマーカーであってもよい。 P. In the faltipalm NA + /H + exchanger (PfNHE) (ref PF13_0019), increased repeats of DNNND at microsatellite ms4670 may be a marker for quinine resistance.

シトクロムbe遺伝子(cytb, mal_mito_3)をコードするシトクロムbタンパク質のユビキノール結合部位を変化させる変異はアトバクオン耐性と関連付けられている。位置26、268、276、133、および280での変異、特にTyr26Asn、Tyr268Ser、M1331、およびG280Dはアトバクオン耐性と関連づけられる場合がある。 Mutations that alter the ubiquinol binding site of the cytochrome b protein encoding the cytochrome be gene (cytb, mal_mito_3) have been associated with atovaquone resistance. Mutations at positions 26, 268, 276, 133 and 280, particularly Tyr26Asn, Tyr268Ser, M1331 and G280D, may be associated with atovaquone resistance.

例えば、 P .ビバックスでは、Pf MDR1の相同体であるPvMDR1の変異は、クロロキン耐性、特に位置976での多型、例えば変異Y976Fと関連付けられている。 For example, P. In Vivax, mutations in the Pf MDR1 homologue, PvMDR1, have been associated with chloroquine resistance, particularly polymorphisms at position 976, eg mutation Y976F.

上記の変異は、タンパク質配列の観点で規定されている。しかしながら、当業者は、SNPを含む対応する変異を決定して、核酸標的配列として同定することができる。 The above mutations are defined in terms of protein sequence. However, one skilled in the art can determine corresponding mutations, including SNPs, and identify them as nucleic acid target sequences.

例えば、以下の文献で記載されているように、他の同定された薬物耐性マーカーが当該分野で知られている:“Susceptibility of Plasmodium falciparum to antimalarial drugs(熱帯熱マラリア原虫の抗マラリア薬に対する感受性)(1996-2004)”; WHO; Artemisinin and artemisinin-based combination therapy resistance(アルテミシニンおよびアルテミシニンに基づく併用療法耐性)(April 2016 WHO/HTM/GMP/2016.5); “Drug-resistant malaria: molecular mechanisms and implications for public health(薬剤耐性マラリア:分子メカニズムと公衆衛生への影響)” FEBS Lett. 2011 Jun 6;585(11):1551-62. doi:10.1016/j.febslet.2011.04.042. Epub 2011 Apr 23. Review. PubMed PMID: 21530510。これらの全内容を参照により本明細書に組み込む。 Other identified drug resistance markers are known in the art, for example, as described in: “Susceptibility of Plasmodium falciparum to antimalarial drugs”. (1996-2004)"; WHO; Artemisinin and artemisinin-based combination therapy resistance (April 2016 WHO/HTM/GMP/2016.5); "Drug-resistant malaria: molecular mechanisms and implications for FEBS Lett. 2011 Jun 6;585(11):1551-62. doi:10.1016/j.febslet.2011.04.042. Epub 2011 Apr 23. Review. PubMed PMID: 21530510. The entire contents of these are incorporated herein by reference.

本発明によって検出され得るポリペプチドに対してして、本明細書で記載されるすべての遺伝子の遺伝子産物を標的として用いてもよい。これに対応して、そのようなポリペプチドを属の同定、分類、および/または薬物耐性の検出に用いてもよいことが想起される。 Gene products of all genes described herein may be used as targets for polypeptides that can be detected by the present invention. Correspondingly, it is envisioned that such polypeptides may be used for genus identification, classification, and/or detection of drug resistance.

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示されるシステム、装置、および方法は、例えば、対象者から得た生体試料などの試料中で1種以上の蚊媒介寄生虫を検出することに関する。特定の例示的な実施形態では、寄生虫は、以下の種、すなわちプラスモジウム・ファルチパルム、プラスモジウム・ビバックス、プラスモジウム・オバーレ、プラスモジウム・マラリアエ、またはプラスモジウム・ノウレシから選択されてもよい。従って、本明細書で開示される方法は、寄生虫種を素早く同定することが必要な寄生虫の存在および寄生虫形態(例えば、感染の様々な段階および寄生虫の生活環(例えば、外赤血球期、赤血球期、胞子形成期)であり、寄生虫形態は娘虫体、種虫、分裂体、生殖母体を含む)を監視する、特定の表現型(例えば、病原体の薬物耐性の検出、疾患の進行および/または大流行の監視、および治療(薬物)の選別を行う他の方法と共に他の方法(またはその組合せ)で用いられてもよい。さらに、マラリアの場合、噛まれて感染した後に長時間が経過していることがある。言い換えると、患者が症状を示さない長いインキュベーション期がある。同様に、予防的な治療は症状が現れるのを遅らせることがあり、長い無症状性期間が再発前に観察されることもある。そのような遅延により誤診断を引き起こしやすく、従って治療の有効性を損なうことがある。 In certain exemplary embodiments, the systems, devices, and methods disclosed herein detect one or more mosquito-borne parasites in a sample, e.g., a biological sample obtained from a subject. Regarding. In certain exemplary embodiments, the parasite may be selected from the following species: Plasmodium falcipalum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae, or Plasmodium nouresi. Thus, the methods disclosed herein are useful to rapidly identify the parasite species and parasite morphology (e.g., various stages of infection and parasite life cycle (e.g., exoerythrocyte)) necessary to rapidly identify the parasite species. stage, erythroid stage, sporulation stage) and parasite morphology includes daughter parasites, sporozoites, meristematic, gametocytes), monitor specific phenotypes (e.g. detection of pathogen drug resistance, disease and/or epidemic monitoring, and treatment (drug) screening, in other ways (or combinations thereof), and in the case of malaria, after being bitten and infected. A long period of time may elapse, in other words, there is a long incubation period during which the patient does not show symptoms. It may be observed prior to recurrence, and such a delay may easily lead to misdiagnosis, thus compromising treatment efficacy.

本明細書で開示される実施形態の高速かつ高感度な診断能、つまり、1ヌクレオチドの違いによる寄生虫の種類の検出およびPOC装置としての展開能により、本明細書で開示される実施形態を用いて治療計画(例えば、適切な治療過程の選択)を導いてもよい。また、本明細書で開示される実施形態を用いて寄生虫の存在および分類のために環境試料(蚊の集団など)を選別してもよい。また、実施形態を修飾して、蚊媒介寄生虫と他の蚊媒介病原体を同時に検出してもよい。場合によっては、マラリアおよび他の蚊媒介病原体はその初期に似たような症状を示すことがある。従って、感染の種類を素早く区別する能力は重要な治療決定を導く場合がある。マラリアと共に検出され得る他の蚊媒介病原体は、デング熱ウイルス、西ナイルウイルス、チクングニアウイルス、黄熱病ウイルス、フィラリアウイルス、日本脳炎ウイルス、セントルイス脳炎ウイルス、西部ウマ脳炎ウイルス、東部ウマ脳炎ウイルス、ベネズエラウマ脳炎ウイルス、ラクロス脳炎ウイルス、およびジカウイルスを含む。 The rapid and sensitive diagnostic capabilities of the embodiments disclosed herein, namely the detection of parasite types by single nucleotide differences and the ability to deploy as a POC device, make the embodiments disclosed herein It may be used to guide treatment regimens (eg, selection of an appropriate course of treatment). The embodiments disclosed herein may also be used to screen environmental samples (such as mosquito populations) for the presence and classification of parasites. Embodiments may also be modified to detect mosquito-borne parasites and other mosquito-borne pathogens simultaneously. In some cases, malaria and other mosquito-borne pathogens have similar symptoms in their early stages. Therefore, the ability to quickly distinguish between types of infection may guide important therapeutic decisions. Other mosquito-borne pathogens that can be detected with malaria are Dengue virus, West Nile virus, Chikungunya virus, Yellow Fever virus, Filaria virus, Japanese Encephalitis virus, St. Louis Encephalitis virus, Western Equine Encephalitis virus, Eastern Equine Encephalitis virus, Venezuelan Equine Encephalitis. viruses, La Crosse encephalitis virus, and Zika virus.

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される装置、システム、および方法を用いて、試料中の複数の蚊媒介寄生虫種を区別してもよい。特定の例示的な実施形態では、同定は、18S、16S、23S、および5Sサブユニットを含むリボソームRNA配列に基づいていてもよい。特定の例示的な実施形態では、同定は、ゲノム(例えば、CYTBのようなミトコンドリアの遺伝子)の複数のコピーに存在する遺伝子配列に基づいていてもよい。特定の例示的な実施形態では、同定は、非常に発現および/または保存されたGAPDH、ヒストンH2B、エノラーゼ、またはLDHなどである遺伝子の配列に基づいていてもよい。適切なrRNA配列を同定する方法は米国特許出願公開第2017/0029872号に開示されている。特定の例示的な実施形態では、1組のガイドRNAは、種または株に固有な可変領域によってそれぞれの種を区別するように設計されていてもよい。ガイドRNAはまた、属、科、目、綱、門、界、またはこれらの組合せで微生物を区別する標的RNA遺伝子に対して設計されてもよい。増幅が用いられる特定の例示的な実施形態では、1組の増幅プライマーはリボソームRNA配列の隣接定常領域に対して設計され、ガイドRNAは内部可変領域によって各種を区別するように設計されていてもよい。特定の例示的な実施形態では、プライマーおよびガイドRNAはそれぞれ、16Sサブユニットの保存された可変領域に対して設計されていてもよい。種または種の下位集合(例えば、RecA遺伝子ファミリー、RNAポリメラーゼβサブユニット)に亘って固有に変化する他の遺伝子またはゲノム領域を用いてもよい。他の好適な系統発生マーカーおよびそれを同定する方法は、例えば、Wu et al. arXiv:1307.8690 [q-bio.GN]に記載されている。 In certain exemplary embodiments, the devices, systems, and methods disclosed herein may be used to distinguish between multiple mosquito-borne parasite species in a sample. In certain exemplary embodiments, identification may be based on ribosomal RNA sequences that include the 18S, 16S, 23S, and 5S subunits. In certain exemplary embodiments, identification may be based on gene sequences present in multiple copies of the genome (eg, mitochondrial genes such as CYTB). In certain exemplary embodiments, identification may be based on the sequence of genes that are highly expressed and/or conserved, such as GAPDH, histone H2B, enolase, or LDH. Methods for identifying suitable rRNA sequences are disclosed in US Patent Application Publication No. 2017/0029872. In certain exemplary embodiments, the set of guide RNAs may be designed to distinguish each species by species or strain specific variable regions. Guide RNAs may also be designed against target RNA genes that distinguish microorganisms by genus, family, order, class, phylum, kingdom, or combinations thereof. In certain exemplary embodiments where amplification is used, the set of amplification primers is designed to flanking constant regions of the ribosomal RNA sequence, and the guide RNA may be designed to distinguish between species by internal variable regions. good. In certain exemplary embodiments, the primers and guide RNA may each be designed against the conserved variable region of the 16S subunit. Other genes or genomic regions that vary uniquely across species or subsets of species (eg, RecA gene family, RNA polymerase β subunit) may be used. Other suitable phylogenetic markers and methods of identifying them are described, for example, in Wu et al. arXiv:1307.8690 [q-bio.GN].

特定の例示的な実施形態では、種の同定は、CYTBのようなミトコンドリアの遺伝子など、ゲノムの複数のコピーに存在する遺伝子に基づいていてもよい。特定の例示的な実施形態では、種の同定は、非常に発現および/または保存された遺伝子(例えば、GAPDH、ヒストンH2B、エノラーゼ、またはLDH)に基づいて行われてもよい。 In certain exemplary embodiments, species identification may be based on genes that are present in multiple copies of the genome, such as mitochondrial genes such as CYTB. In certain exemplary embodiments, species identification may be based on highly expressed and/or conserved genes (eg, GAPDH, histone H2B, enolase, or LDH).

特定の例示的な実施形態では、方法または診断は、複数の系統発生的量および/または表現型量に亘って同時に蚊媒介寄生虫を選別するように設計されている。例えば、前記方法または診断は、異なるガイドRNAを持つ複数のCRISPR系の使用を含んでいてもよい。第一の組のガイドRNAは、例えば、プラスモジウム・ファルチパルムとプラスモジウム・ビバックスを区別してもよい。これらの一般的な綱をさらに下位分割してもよい。例えば、ガイドRNAを設計して、一般に、または特異的な薬物または薬物の組合せに関して薬物耐性株を区別する方法または診断で用いてもよい。第二の組のガイドRNAは、種で微生物を区別するように設計されていてもよい。従って、すべての蚊媒介寄生虫の種または亜種を同定するマトリックスを作成して、薬物耐性によってさらに分割しもよい。上記は、単に例示目的である。蚊媒介寄生虫の他の種類を分類する他の手段もまた想起され、上記の一般構造に従う。 In certain exemplary embodiments, the method or diagnostic is designed to screen mosquito-borne parasites across multiple phylogenetic and/or phenotypic quantities simultaneously. For example, the method or diagnosis may involve using multiple CRISPR systems with different guide RNAs. The first set of guide RNAs may, for example, distinguish between Plasmodium falciparum and Plasmodium vivax. These general classes may be further subdivided. For example, guide RNAs may be designed and used in methods or diagnostics to distinguish drug-resistant strains generally or with respect to specific drugs or drug combinations. A second set of guide RNAs may be designed to differentiate microorganisms by species. Thus, a matrix identifying all mosquito-borne parasite species or subspecies may be generated and further divided by drug resistance. The above is for illustrative purposes only. Other means of classifying other types of mosquito-borne parasites are also envisioned and follow the general structure above.

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される装置、システム、および方法を用いて、例えば、薬物耐性遺伝子など、対象の蚊媒介寄遺伝子を選別してもよい。ガイドRNAは、既知の対象遺伝子を区別するように設計されていてもよい。従って、臨床試料を含む試料は、本明細書で開示される1種以上のそのような遺伝子を検出する実施形態を用いて選別されてもよい。POCで薬物耐性を選別する能力は、適切な治療計画を選択する上で大きな利点となる。特定の例示的な実施形態では、薬物耐性遺伝子は、タンパク質をコードする遺伝子である。そのようなタンパク質としては、特に輸送タンパク質(例えば、薬物/代謝産物輸送ファミリー由来のタンパク質、基質転座に関与するATP結合カセット(ABC)タンパク質(例えば、ABCトランスポーターCサブファミリーまたはNa/H交換体)); 葉酸塩経路に関与するタンパク質(例えば、ジヒドロプテロイン酸生成酵素、ジヒドロ葉酸塩還元酵素活性またはジヒドロ葉酸塩還元酵素-チミジル酸生成酵素);およびミトコンドリア内膜に亘るプロトンの転移に関与するタンパク質、特にシトクロムb複合体が挙げられる。さらなる標的はまた、ヘムポリメラーゼをコードする1つまたは複数の遺伝子を含んでいてもよい。特定の例示的な実施形態では、薬物耐性遺伝子は、P.ファルチパルムクロロキン耐性輸送遺伝子(pfcrt)、P.ファルチパルム多剤耐性トランスポーター1(pfmdr1)、P.ファルチパルム多剤耐性関連タンパク質遺伝子(Pfmrp)、P.ファルチパルムNa/H交換体遺伝子(pfnhe)、P.ファルチパルムCa2輸送ATPアーゼ6(pfatp6)、P.ファルチパルムジジヒドロプテロイン生成酵素(pfdhps)、ジヒドロ葉酸塩還元酵素活性(pfdhpr)およびジヒドロ葉酸塩還元酵素-チミジル酸生成酵素(pfdhfr)遺伝子、シトクロムb遺伝子、gtpシクロヒドラーゼ、Kelch13(K13)遺伝子、および他のプラスモジウム属の機能的異種遺伝子から選択される。他の同定された薬物耐性マーカーは当該分野で知られており、例えば、以下に記載されている:“Susceptibility of Plasmodium falciparum to antimalarial drugs(抗マラリア薬に対するP.ファルチパルムの感受性) (1996-2004)”; WHO; Artemisinin and artemisinin-based combination therapy resistance(アルテミシニンおよびアルテミシニン系組合せ治療耐性) (April 2016 WHO/HTM/GMP/2016.5); “Drug-resistant malaria: molecular mechanisms and implications for public health(薬剤耐性マラリア分子機構および公衆衛生のための含意)” FEBS Lett. 2011 Jun 6;585(11):1551-62. doi:10.1016/j.febslet.2011.04.042.Epub 2011 Apr 23. Review. PubMed PMID: 21530510。その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。 In certain exemplary embodiments, the devices, systems, and methods disclosed herein may be used to screen for mosquito-borne parasitic genes of interest, such as, for example, drug resistance genes. Guide RNAs may be designed to distinguish known genes of interest. Accordingly, samples, including clinical samples, may be screened using embodiments that detect one or more such genes disclosed herein. The ability to screen for drug resistance on POC is of great advantage in selecting an appropriate treatment regimen. In certain exemplary embodiments, the drug resistance gene is a protein-encoding gene. Such proteins include, inter alia, transport proteins (e.g. proteins from the drug/metabolite transport family, ATP-binding cassette (ABC) proteins involved in substrate translocation (e.g. ABC transporter C subfamily or Na + /H + exchanger)); proteins involved in the folate pathway (e.g., dihydropteroate, dihydrofolate reductase activity or dihydrofolate reductase-thymidylate); and proton transfer across the inner mitochondrial membrane. Proteins involved in metastasis, especially the cytochrome b complex. Additional targets may also include one or more genes encoding heme polymerases. In certain exemplary embodiments, the drug resistance gene is P. faltipalm chloroquine resistance transporter (pfcrt), P. faltipalm multidrug resistance transporter 1 (pfmdr1), P. faltipalm multidrug resistance-associated protein gene (Pfmrp), P. faltipalm Na + /H + exchanger gene (pfnhe), P. faltipalm Ca2 + transport ATPase 6 (pfatp6), P. faltipalm didihydropteroin synthase (pfdhps), dihydrofolate reductase activity (pfdhpr) and dihydrofolate reductase-thymidylate synthase (pfdhfr) gene, cytochrome b gene, gtp cyclohydrolase, Kelch13 (K13) gene, and other Plasmodium functional heterologous genes. Other identified drug resistance markers are known in the art and are described, for example, in “Susceptibility of Plasmodium falciparum to antimalarial drugs” (1996-2004). WHO; Artemisinin and artemisinin-based combination therapy resistance (April 2016 WHO/HTM/GMP/2016.5); “Drug-resistant malaria: molecular mechanisms and implications for public health”; 2011 Jun 6;585(11):1551-62. doi:10.1016/j.febslet.2011.04.042.Epub 2011 Apr 23. Review. PubMed PMID: 21530510. its entire contents are incorporated herein by reference.

態様によっては、本明細書で記載するCRISPR系、それを用いた検出システムまたは方法を用いて、蚊媒介寄生虫大流行の発生を決定してもよい。前記方法は、1つ以上の対象に由来する複数の試料から1種以上の標的配列を検出することを含んでいてもよい。ここで、前記標的配列は大流行を拡大あるいは引き起こす蚊媒介寄生虫に由来する配列である。そのような方法は、蚊媒介寄生虫パターンの伝染、または蚊媒介寄生虫によって引き起こされる疾患大流行に関与する機構を決定することをさらに含んでいてもよい。前記試料は1人以上のヒトに由来していてもよく、かつ/または1種以上の蚊に由来していてもよい。 In some embodiments, the CRISPR system, detection system or method using the same described herein may be used to determine the occurrence of a mosquito-borne parasite outbreak. The method may comprise detecting one or more target sequences from multiple samples from one or more subjects. Wherein said target sequence is a sequence derived from a mosquito-borne parasite that spreads or causes an outbreak. Such methods may further comprise determining mechanisms involved in transmission of mosquito-borne parasite patterns, or disease outbreaks caused by mosquito-borne parasites. Said sample may be derived from one or more humans and/or may be derived from one or more mosquito species.

病原体の伝染パターンは、蚊媒介寄生虫の天然の供給源からの継続した新しい感染または他の伝染(例えば、蚊を介した)を含み、その後、天然の供給源からの単一感染または両方の混合となってもよい。一態様では、前記標的配列は、蚊媒介寄生虫ゲノムまたはその断片内の配列であることが好ましい。一態様では、蚊媒介寄生虫伝染のパターンは、蚊媒介寄生虫伝染の初期パターン、すなわち、蚊媒介寄生虫大流行の始まりである。大流行の始まりで蚊媒介寄生虫伝染のパターンを決定することは、できるだけ早い時間で大流行を停止させる尤度を高め、これによって地域的および国際的伝播の可能性を低減する。 Pathogen transmission patterns include continued new infections or other transmissions (e.g., via mosquitoes) from natural sources of mosquito-borne parasites, followed by single infections or both from natural sources. It may be mixed. In one aspect, said target sequence is preferably a sequence within the mosquito-borne parasite genome or a fragment thereof. In one aspect, the pattern of mosquito-borne parasite transmission is the initial pattern of mosquito-borne parasite transmission, ie, the beginning of a mosquito-borne parasite epidemic. Determining patterns of mosquito-borne parasite transmission at the onset of an outbreak increases the likelihood of stopping the outbreak in the earliest possible time, thereby reducing the potential for local and international transmission.

蚊媒介寄生虫伝染のパターンの決定は、本明細書で記載する方法による蚊媒介寄生虫配列を決定することを含んでいてもよい。病原体の伝染パターンの決定は、対象者で共有された蚊媒介寄生虫の配列の宿主内多様性を検出すること、および共有された宿主内多様性が時間的パターンを示すか否かを決定することをさらに含んでいてもよい。宿主内および宿主間多様性に見られるパターンは伝染および疫学について重要な洞察を与えてくれる(Gire, et al., 2014)。 Determining the pattern of mosquito-borne parasite transmission may comprise determining mosquito-borne parasite sequences by the methods described herein. Determining pathogen transmission patterns detects intra-host diversity of shared mosquito-borne parasite sequences in subjects and determines whether shared intra-host diversity exhibits a temporal pattern. It may further include Patterns of intra- and inter-host variability provide important insights into transmission and epidemiology (Gire, et al., 2014).

本明細書で開示される他の試料の種類に加えて、前記試料は1種以上の蚊に由来していてもよく、例えば、前記試料は蚊の唾液を含んでいてもよい。

バイオマーカーの検出
In addition to other sample types disclosed herein, the sample may be derived from one or more mosquito species, eg, the sample may comprise mosquito saliva.

Biomarker detection

特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示されるシステム、装置、および方法は生体指標の検出に用いられてもよい。例えば、本明細書で開示されるシステム、装置、および方法は、SNPの検出および/または遺伝子型決定に用いられてもよい。本明細書で開示されるシステム、装置、および方法はまた、異常な遺伝子の発現によって特徴付けられた任意の疾患の状態または障害の検出に用いられてもよい。異常な遺伝子の発現は、発現した遺伝子、発現の位置、および発現量の異常を含む。他の疾患のうち、心臓血管、免疫異常、および癌に関連する複数の転写物またはタンパク質マーカーを検出してもよい。特定の例示的な実施形態では、本明細書で開示される実施形態を、肝線維症および拘束性拘束性/閉塞性肺疾患など溶解を含む疾患の無細胞DNA検出に用いてもよい。特定の例示的な実施形態では、循環無細胞DNAの出産前試験用により高速で携帯性の高い検出に実施形態を用いてもよい。本明細書で開示される実施形態は、とりわけ、心臓血管の健康、脂質/代謝兆候、民族性同定、父系一致、ヒトの同定(例えば、犯罪データベースのSNP兆候と一致した被疑者)に関連付けられた異なるSNPのパネルを選別するのに用いられてもよい。本明細書で開示される実施形態はまた、癌腫瘍に関連して放出される変異の無細胞DNAの検出に用いられてもよい。本明細書で開示される実施形態はまた、例えば、所与の肉製品において異なる動物源を素早く検出などにより肉の品質を検出するのに用いてもよい。本明細書で開示される実施形態はまた、遺伝子組換え生物(GMO)またはDNAに関連した遺伝子編集の検出に用いられてもよい。本明細書の他の箇所で記載されるように、密接に関連した遺伝子/アレルまたは生体指標(例えば、所与の標的配列における1ヌクレオチドのみの違いを有する)はgRNAに合成による不一致を導入することで区別されてもよい。 In certain exemplary embodiments, the systems, devices, and methods disclosed herein may be used to detect biomarkers. For example, the systems, devices, and methods disclosed herein may be used for SNP detection and/or genotyping. The systems, devices, and methods disclosed herein may also be used to detect any disease state or disorder characterized by aberrant gene expression. Aberrant gene expression includes abnormalities in the expressed gene, the location of expression, and the amount of expression. Multiple transcript or protein markers associated with cardiovascular, immune disorders, and cancer, among other diseases, may be detected. In certain exemplary embodiments, embodiments disclosed herein may be used for cell-free DNA detection of diseases involving lysis such as liver fibrosis and restrictive/obstructive pulmonary disease. In certain exemplary embodiments, embodiments may be used for faster and more portable detection for prenatal testing of circulating cell-free DNA. Embodiments disclosed herein relate to cardiovascular health, lipid/metabolic signatures, ethnicity identification, paternity matching, human identification (e.g., suspects matched to crime database SNP signatures), among others. It may also be used to screen a panel of different SNPs. Embodiments disclosed herein may also be used for the detection of mutated cell-free DNA released in association with cancerous tumors. Embodiments disclosed herein may also be used to detect meat quality, for example, by quickly detecting different animal sources in a given meat product. Embodiments disclosed herein may also be used to detect genetically modified organisms (GMOs) or DNA-associated gene editing. As described elsewhere herein, closely related genes/alleles or biomarkers (e.g., with only one nucleotide difference in a given target sequence) introduce synthetic mismatches into gRNAs can be distinguished by

一側面では、本発明は試料中の標的核酸を検出する方法に関する。前記方法は、
1つの試料または1組の試料を本明細書で記載する本発明によるCRISPR系を含む1つ以上の個別の容積に分配すること;
1種以上のガイドRNAが1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で前記試料または前記1組の試料をインキュベートすること;
前記1種以上のガイドRNAの1種以上の標的分子への結合によりCRISPRエフェクタータンパク質を活性化させること(ここで、CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるようにRNA系マスキング構築物が修飾される);および
検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、検出可能な陽性信号の検出は、試料中に1種以上の標的分子が存在することを示す)を含む。

バイオマーカー試料の種類
In one aspect, the invention relates to methods of detecting target nucleic acids in a sample. The method includes
distributing a sample or set of samples into one or more discrete volumes containing a CRISPR system according to the invention described herein;
incubating said sample or said set of samples under conditions sufficient to allow one or more guide RNAs to bind to one or more target molecules;
activating a CRISPR effector protein by binding of said one or more guide RNAs to one or more target molecules, wherein activation of the CRISPR effector protein produces a detectable positive signal; the RNA-based masking construct is modified); and detecting a detectable positive signal, wherein detection of the detectable positive signal indicates the presence of one or more target molecules in the sample. include.

Type of biomarker sample

本明細書で記載するアッセイの感度は、様々な生体試料の種類(標的核酸が希釈されている、あるいは試料材料が限定されている試料の種類を含む)で標的核酸の検出によく適している。バイオマーカーの選別は、複数の試料の種類に対して行われてもよい。試料の種類は、これらに限定されないが、唾液、尿、血液、糞、唾液、および脳脊髄液を含む。また、本明細書で開示される実施形態を用いて遺伝子の上方および/または下方調節を検出してもよい。例えば、過剰発現している遺伝子のみがアッセイの検出限界閾値より高くなるように試料を連続希釈してもよい。 The sensitivity of the assays described herein is well suited for detection of target nucleic acids in a variety of biological sample types, including sample types in which the target nucleic acid is diluted or limited in sample material. . Biomarker screening may be performed on multiple sample types. Sample types include, but are not limited to, saliva, urine, blood, feces, saliva, and cerebrospinal fluid. Also, the embodiments disclosed herein may be used to detect up- and/or down-regulation of genes. For example, the sample may be serially diluted so that only overexpressed genes are above the detection limit threshold of the assay.

特定の態様では、本発明は体液(例えば、、尿、血漿、血清、唾液、脳髄液)の試料を得る工程、およびDNAを抽出する工程を提供する。検出対象の変異ヌクレオチド配列は大きい分子の画分でもよく、あるいは始めから個別の分子として存在していてもよい。 In certain aspects, the invention provides obtaining a sample of bodily fluid (eg, urine, plasma, serum, saliva, cerebrospinal fluid) and extracting DNA. The mutated nucleotide sequence to be detected may be a fraction of a larger molecule, or may exist as an individual molecule from the beginning.

特定の態様では、DNAは癌患者の血漿/血清から単離されている。新生物組織から単離されたDNA試料との比較のため、第二の試料を同じ患者の非新生物組織(例えば、リンパ球)から単離してもよい(対照)。非新生物組織は新生物組織と同じ種類のもの、あるいは異なる臓器源に由来するものであってもよい。特定の態様では、血液試料を採取して、すぐに血漿を遠心分離によって血液細胞から分離する。血清を濾過して、DNAを抽出するまで冷凍保存してもよい。 In a particular aspect, the DNA is isolated from plasma/serum of cancer patients. A second sample may be isolated from non-neoplastic tissue (eg, lymphocytes) from the same patient for comparison with a DNA sample isolated from neoplastic tissue (control). Non-neoplastic tissue may be of the same type as neoplastic tissue or may be derived from a different organ source. In certain embodiments, blood samples are taken and plasma is immediately separated from blood cells by centrifugation. Serum may be filtered and stored frozen until DNA is extracted.

特定の例示的な実施形態では、標的核酸は、生または未加工の試料(例えば、血液、血清、唾液、脳脊髄液、唾液、または尿)から直接検出される。特定の例示的な実施形態では、標的核酸は無細胞DNAである。

循環腫瘍細胞
In certain exemplary embodiments, target nucleic acids are detected directly from raw or unprocessed samples (eg, blood, serum, saliva, cerebrospinal fluid, saliva, or urine). In certain exemplary embodiments, the target nucleic acid is cell-free DNA.

circulating tumor cells

一態様では、循環細胞(例えば、循環腫瘍細胞(CTC))を本発明でアッセイしてもよい。本明細書で記載する方法の何れかで用いられる循環腫瘍細胞(CTC)の単離を行ってもよい。特異的かつ高感度の検出と本発明で用いられてもよい循環細胞の捕捉を達成する例示的な技術は、(Mostert B, et al., Circulating tumor cells (CTCs): detection methods and their clinical relevance in breast cancer(循環腫瘍細胞(CTC):乳がんにおける検出方法と臨床的関連性). Cancer Treat Rev. 2009;35:463-474;およびTalasaz AH, et al., Isolating highly enriched populations of circulating epithelial cells and other rare cells from blood using a magnetic sweeper device(磁場掃引器を用いた血液からの非常に高濃度の循環上皮細胞およびその他の希な細胞の単離). Proc Natl Acad Sci U S A. 2009; 106:3970-3975)に記載されている。僅か1個のCTCが105~106個の末梢血単核球の背景で発見されることがある(Ross A A, et al., Detection and viability of tumor cells in peripheral blood stem cell collections from breast cancer patients using immunocytochemical and clonogenic assay techniques(免疫細胞化学およびクローン形成アッセイ技術を用いた乳癌患者からの末梢血幹細胞の採取における腫瘍細胞の検出と実行可能性). Blood. 1993,82:2605-2610)。CellSearch(登録商標)プラットフォームは、抗体で被覆された免疫磁性ビーズを上皮細胞付着分子(EpCAM)に対して用いてEPCAM発現上皮細胞を濃縮し、免疫染色してサイトケラチン染色の存在と白血球マーカーCD45の非存在を確認し、捕捉された赤色が上皮腫瘍細胞であることを確認する(Momburg F, et al., Immunohistochemical study of the expression of a Mr 34,000 human epithelium-specific surface glycoprotein in normal and malignant tissues(正常組織および悪性組織での34000人のヒト男性上皮特異的な表面糖タンパク質の発現についての免疫組織化学研究). Cancer Res. 1987;47:2883-2891;およびAllard WJ, et al., Tumor cells circulate in the peripheral blood of all major carcinomas but not in healthy subjects or patients with nonmalignant diseases(腫瘍細胞はすべての主要な癌の末梢血を循環しているが、非悪性疾患を持つ対象あるいは患者では循環していない). Clin Cancer Res. 2004; 10:6897-6904)。捕捉された細胞の数は、病気が進行している乳癌癌患者、結腸直腸癌患者、および前立腺癌患者にとって予後の有意性があることが予め示された(Cohen SJ, et al., J Clin Oncol. 2008;26:3213-3221; Cristofanilli M, et al. N Engl J Med. 2004;351:781-791; Cristofanilli M, et al., J Clin Oncol. 2005;23: 1420-1430; and de Bono JS, et al. Clin Cancer Res. 2008; 14:6302-6309)。 In one aspect, circulating cells (eg, circulating tumor cells (CTCs)) may be assayed with the present invention. Isolation of circulating tumor cells (CTCs) for use in any of the methods described herein may be performed. An exemplary technique to achieve specific and sensitive detection and capture of circulating cells that may be used in the present invention is described in (Mostert B, et al., Circulating tumor cells (CTCs): detection methods and their clinical relevance in breast cancer. Cancer Treat Rev. 2009;35:463-474; and Talasaz AH, et al., Isolating highly enriched populations of circulating epithelial cells. and other rare cells from blood using a magnetic sweeper device. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009; 106 :3970-3975). As few as one CTC can be found in the background of 105-106 peripheral blood mononuclear cells (Ross A A, et al., Detection and viability of tumor cells in peripheral blood stem cell collections from breast cancer patients using Tumor cell detection and feasibility in collecting peripheral blood stem cells from breast cancer patients using immunocytochemical and clonogenic assay techniques. Blood. 1993, 82:2605-2610). The CellSearch® platform uses antibody-coated immunomagnetic beads against epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) to enrich for EPCAM-expressing epithelial cells and immunostains for the presence of cytokeratin staining and the leukocyte marker CD45. Confirm the absence of , and confirm that the trapped red color is epithelial tumor cells (Momburg F, et al., Immunohistochemical study of the expression of a Mr 34,000 human epithelium-specific surface glycoprotein in normal and malignant tissues ( Immunohistochemical study of expression of 34,000 human male epithelium-specific surface glycoproteins in normal and malignant tissues). Cancer Res. 1987;47:2883-2891; and Allard WJ, et al., Tumor cells. circulate in the peripheral blood of all major carcinomas but not in healthy subjects or patients with nonmalignant diseases no). Clin Cancer Res. 2004; 10:6897-6904). The number of trapped cells has previously been shown to have prognostic significance for breast, colorectal, and prostate cancer patients with advanced disease (Cohen SJ, et al., J Clin 2008;26:3213-3221; Cristofanilli M, et al. N Engl J Med. 2004;351:781-791; Cristofanilli M, et al., J Clin Oncol. Bono JS, et al. Clin Cancer Res. 2008; 14:6302-6309).

本発明はまた、CTCチップ技術でCTCを単離することを提供する。CTCチップは、マイクロ流体CTC捕捉装置であり、血液はCTCが結合する抗EpCAM抗体で被覆された数千個のマイクロポストを含むチャンバーを流れる(Nagrath S, et al. Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology(マイクロチップ技術による癌患者の希な循環腫瘍細胞の単離). Nature. 2007;450: 1235-1239)。CTCチップは、CellSearch(登録商標)システムに比べてCTC計測量と純度を有意に増加させ(Maheswaran S, et al. Detection of mutations in EGFR in circulating lung-cancer cells(循環肺がん細胞のEGFRの変異の検出), N Engl J Med. 2008;359:366-377)、両方のプラットフォームを下流の分子分析に用いてもよい。

無細胞クロマチン
The present invention also provides for isolating CTCs with CTC chip technology. The CTC chip is a microfluidic CTC capture device in which blood flows through a chamber containing thousands of microposts coated with anti-EpCAM antibodies to which CTCs bind (Nagrath S, et al. Isolation of rare circulating tumor cells in cancer patients by microchip technology. Nature. 2007;450: 1235-1239). The CTC chip significantly increased CTC count and purity compared to the CellSearch® system (Maheswaran S, et al. Detection of mutations in EGFR in circulating lung-cancer cells). detection), N Engl J Med. 2008;359:366-377), both platforms may be used for downstream molecular analysis.

cell-free chromatin

特定の態様では、本発明によって無細胞クロマチン断片を単離して分析する。健康な個体および疾患の状態で苦しんでいる個体の血清中でヌクレオソームを検出してもよい(Stroun et al., Annals of the New York Academy of Sciences 906: 161-168(2000))。また、ヌクレオソームの血清濃度は、良性および悪性疾患(例えば、癌および自己免疫疾患)に罹っている患者でかなり高くなっている(Holdenrieder et al (2001) Int J Cancer 95, 1 14-120, Trejo-Becerril et al (2003) Int J Cancer 104, 663-668; Kuroi et al 1999 Breast Cancer 6, 361-364; Kuroi et al (2001) Int j Oncology 19, 143-148; Amoura et al (1997) Arth Rheum 40, 2217-2225; Williams et al (2001) J Rheumatol 28, 81-94)。何らかの理論に束縛されるわけではないが、腫瘍を患っている患者でヌクレオソームの濃度が高いのはアポトーシスに由来している。アポトーシスは増殖している腫瘍で自然に起こる。血液を循環するヌクレオソームは固有に修正されたヒストンを含む。例えば、米国特許公開第2005/0069931号(2005年3月31日)は、疾患の診断指示薬としての特異的なヒストンN末端修飾に向けられた抗体の使用に関する。この使用は、そのようなヒストン特異的抗体を用いて患者の血液または血清試料からヌクレオソームを単離して、診断/選別目的で付随するDNAの精製および分析を容易にする。従って、本発明は、クロマチン結合DNAを用いて、例えば、腫瘍変異を検出および監視してもよい。修飾ヒストンに関連付けられたDNAの同定は、疾患および先天性の欠陥の診断マーカーとして機能することができる。 In certain embodiments, cell-free chromatin fragments are isolated and analyzed according to the present invention. Nucleosomes may be detected in the serum of healthy individuals and individuals afflicted with disease states (Stroun et al., Annals of the New York Academy of Sciences 906: 161-168 (2000)). Serum concentrations of nucleosomes are also significantly elevated in patients with benign and malignant diseases such as cancer and autoimmune diseases (Holdenrieder et al (2001) Int J Cancer 95, 114-120, Trejo -Becerril et al (2003) Int J Cancer 104, 663-668; Kuroi et al 1999 Breast Cancer 6, 361-364; Kuroi et al (2001) Int j Oncology 19, 143-148; Amoura et al (1997) Arth Rheum 40, 2217-2225; Williams et al (2001) J Rheumatol 28, 81-94). Without being bound by any theory, the high concentration of nucleosomes in patients with tumors is derived from apoptosis. Apoptosis occurs naturally in growing tumors. Nucleosomes that circulate in the blood contain uniquely modified histones. For example, US Patent Publication No. 2005/0069931 (March 31, 2005) relates to the use of antibodies directed to specific histone N-terminal modifications as diagnostic indicators of disease. This use uses such histone-specific antibodies to isolate nucleosomes from patient blood or serum samples to facilitate purification and analysis of accompanying DNA for diagnostic/selection purposes. Thus, the present invention may use chromatin-bound DNA to detect and monitor tumor mutations, for example. Identification of DNA associated with modified histones can serve as diagnostic markers for disease and congenital defects.

従って、他の実施形態では、単離されたクロマチン断片は循環クロマチン、好ましくは循環モノおよびオリゴヌクレオソームに由来する。単離されたクロマチン断片は生体試料に由来していてもよい。生体試料は、それを必要とする対象または患者に由来していてもよい。生体試料は血清、血漿、リンパ液、血液、血液画分、尿、滑液、髄液、唾液、循環腫瘍細胞、または粘液であってもよい。

無細胞DNA(cfDNA)
Thus, in other embodiments, the isolated chromatin fragment is derived from circulating chromatin, preferably circulating mono- and oligonucleosomes. An isolated chromatin fragment may be derived from a biological sample. A biological sample may be derived from a subject or patient in need thereof. A biological sample may be serum, plasma, lymph, blood, blood fractions, urine, synovial fluid, spinal fluid, saliva, circulating tumor cells, or mucus.

Cell-free DNA (cfDNA)

特定の態様では、本発明を用いて無細胞DNA(cfDNA)を検出してもよい。血漿または血清中の無細胞DNAは非侵襲性診断ツールとして用いられもよい。例えば、無細胞胎児のDNAは、適合RhD因子の試験、X連鎖潜性遺伝性疾患に関する性決定、一遺伝子障害試験、妊娠高血圧腎症の同定について研究および最適化されている。例えば、母親の血漿中の胎児の細胞画分のcfDNAの配列決定は、胎児の染色体異数性に関連付けられるコピー数の変化を検出する信頼性の高い方法である。他の例として、癌患者から単離されたcfDNAを用いて、治療の決定に関連する主要遺伝子の変異を検出する。 In certain aspects, the present invention may be used to detect cell-free DNA (cfDNA). Cell-free DNA in plasma or serum may be used as a non-invasive diagnostic tool. For example, cell-free fetal DNA has been studied and optimized for testing for compatible RhD factors, sex determination for X-linked latent genetic disorders, monogenic disorder testing, and preeclampsia identification. For example, sequencing the cfDNA of the fetal cellular fraction in maternal plasma is a reliable method of detecting copy number alterations associated with fetal chromosomal aneuploidy. As another example, cfDNA isolated from cancer patients is used to detect mutations in key genes relevant to treatment decisions.

特定の例示的な実施形態では、本開示は、患者試料から直接cfDNAを検出することを提供する。特定の他の例示的な実施形態では、本開示は標的cfDNAを検出する前に上で開示された濃縮に関する実施形態を用いてcfDNAを濃縮することを提供する。

エキソソーム
In certain exemplary embodiments, the present disclosure provides for detecting cfDNA directly from patient samples. In certain other exemplary embodiments, the present disclosure provides for enriching the cfDNA using the enrichment embodiments disclosed above prior to detecting the target cfDNA.

exosome

一態様では、本発明によりエキソソームをアッセイしてもよい。エキソソームは、RNAを含むことが示されている小さな細胞外小胞である。超遠心分離、ろ過、化学沈殿、サイズ排除クロマトグラフィー、およびマイクロ流体によるエキソソームの単離は当該分野で知られている。一態様では、エキソソーム生体指標を用いてエキソソームは精製される。生体試料由来のエキソソームの単離および精製は任意の既知の方法によって行ってもよい(例えばWO2016172598A1を参照のこと)。

SNP検出および遺伝子型
In one aspect, exosomes may be assayed according to the present invention. Exosomes are small extracellular vesicles that have been shown to contain RNA. Isolation of exosomes by ultracentrifugation, filtration, chemical precipitation, size exclusion chromatography, and microfluidics are known in the art. In one aspect, an exosome is purified using an exosome biomarker. Isolation and purification of exosomes from biological samples may be performed by any known method (see, eg, WO2016172598A1).

SNP detection and genotyping

特定の態様では、本発明を用いて生体試料中の一塩基多型(SNP)の存在を検出していてもよい。SNPは母性試験(例えば、性決定、胎児の欠陥)に関連していてもよい。これらは犯罪捜査に関連していてもよい。一態様では、犯罪捜査の被疑者は本発明によって同定されてもよい。何らかの理論に束縛されるわけではないが、核酸に基づく法医学的証拠は、試験する試料が限られていることがあるので、被疑者または被害者の遺伝子材料を検出するのに利用可能な最も高感度なアッセイを必要とすることがある。 In certain aspects, the present invention may be used to detect the presence of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a biological sample. SNPs may be associated with maternal testing (eg, sex determination, fetal defects). These may be related to criminal investigations. In one aspect, suspects in criminal investigations may be identified by the present invention. Without wishing to be bound by any theory, nucleic acid-based forensic evidence is the highest available for detecting a suspect's or victim's genetic material, as the samples to be tested may be limited. Sensitive assays may be required.

他の実施形態では、疾患に関連付けられたSNPは本発明により包含される。疾患に関連付けられたSNPは当該分野でよく知られており、当業者であれば、上記方法を用いて好適なガイドRNAを設計することができる(例えば、www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar?term=human%5Borgn%5Dを参照のこと)。 In other embodiments, SNPs associated with disease are encompassed by the present invention. Disease-associated SNPs are well known in the art, and those skilled in the art can use the methods described above to design suitable guide RNAs (e.g., www.ncbi.nlm.nih.gov/ clinvar?term=human%5Borgn%5D).

一側面では、本発明は、SNP遺伝子型決定などの遺伝子型を決定する方法に関する。前記方法は、
1つの試料または1組の試料を本明細書で記載する本発明によるCRISPR系を含む1つ以上の個別の容積に分配すること;
前記1種以上のガイドRNAが1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で前記試料または前記1組の試料をインキュベートすること;
前記1種以上のガイドRNAの1種以上の標的分子への結合によりCRISPRエフェクタータンパク質を活性化させること(ここで、CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるようにRNA系マスキング構築物が修飾される);および
検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は、試料中に特定の遺伝子型に固有の1種以上の標的分子が存在することを示す)を含む。
In one aspect, the invention relates to methods of genotyping, such as SNP genotyping. The method includes:
distributing a sample or set of samples into one or more discrete volumes containing a CRISPR system according to the invention described herein;
incubating said sample or said set of samples under conditions sufficient to allow said one or more guide RNAs to bind to one or more target molecules;
activating a CRISPR effector protein by binding of said one or more guide RNAs to one or more target molecules, wherein activation of the CRISPR effector protein produces a detectable positive signal; the RNA-based masking construct is modified); and detecting a detectable positive signal, wherein said detectable positive signal is one or more target molecules specific to a particular genotype in a sample. is present).

特定の態様では、例えば、図60の実施形態に示されるように、検出可能な信号は、(例えば、信号強度の比較により)1つ以上の基準信号、好ましくは合成基準信号と比較される。特定の態様では、基準は特定の遺伝子型である、あるいはそれに対応している。特定の態様では、基準は、特定のSNPまたは他の(単一)ヌクレオチド多様性を含む。特定の態様では、基準は(PCR増幅された)遺伝子型基準である。特定の態様では、基準はDNAである、またはそれを含む。特定の態様では、基準はRNAである、またはそれを含む。特定の態様では、基準は、DNAから転写されたRNAである、またはそれを含む。特定の態様では、基準は、RNAから逆転写されたDNAである、またはそれを含む。特定の態様では、検出可能な信号は、SNPまたは他の(単一)ヌクレオチド多様性など既知の遺伝子型にそれぞれ対応する1つ以上の基準と比較される。特定の態様では、検出可能な信号は1つ以上の基準信号と比較され、この比較は例えば、パラメトリックまたはノンパラメトリック統計分析(例えば、1元または2元配置分散分析など)による統計分析を含む。特定の態様では、検出可能な信号は1つ以上の基準信号と比較され、検出可能な信号が基準と(統計的に)大きく逸脱してない場合、遺伝子型は前記基準に対応する遺伝子型として決定される。 In certain aspects, for example, as shown in the embodiment of FIG. 60, the detectable signal is compared (eg, by comparing signal strength) to one or more reference signals, preferably a synthetic reference signal. In certain embodiments, the criterion is or corresponds to a particular genotype. In certain aspects, the criteria include specific SNPs or other (single) nucleotide diversity. In certain aspects, the reference is a (PCR amplified) genotypic reference. In certain aspects, the reference is or comprises DNA. In certain aspects, the reference is or comprises RNA. In certain aspects, the reference is or comprises RNA transcribed from DNA. In certain aspects, the reference is or comprises DNA reverse transcribed from RNA. In certain aspects, the detectable signal is compared to one or more criteria each corresponding to a known genotype, such as a SNP or other (single) nucleotide diversity. In certain aspects, the detectable signal is compared to one or more reference signals, the comparison including, for example, statistical analysis by parametric or non-parametric statistical analysis (eg, one-way or two-way analysis of variance, etc.). In certain aspects, the detectable signal is compared to one or more reference signals, and if the detectable signal does not deviate significantly (statistically) from the reference, the genotype is identified as the genotype corresponding to said reference. It is determined.

他の実施形態では、本発明により、緊急薬理ゲノム学のための高速遺伝子型決定を可能にする。一態様では、一診療現場アッセイを用いて緊急治療室に運ばれた患者の遺伝子型を決定してもよい。患者は、血栓を持つと疑われる場合があり、救急医師は抗凝血剤の投与量を決定する必要がある。例示的な実施形態では、本発明は、VKORC1、CYP2C9、およびCYP2C19などのマーカーの遺伝子型決定に基づいて心筋梗塞または脳卒中の治療中に抗凝血剤の投与のための指針を提供してもよい。一態様では、抗凝血剤は抗凝血剤ワルファリンである(Holford, NH (December 1986). "Clinical Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Warfarin Understanding the Dose-Effect Relationship(投与量と効果の関係を理解するためのワルファリンの臨床薬物動態および薬理学)". Clinical Pharmacokinetics. Springer International Publishing. 11 (6): 483-504)。血栓に関連付けられた遺伝子は当該分野で知られている(例えば、米国20060166239A1号; Litin SC, Gastineau DA (1995) "Current concepts in anticoagulant therapy(抗凝固治療における現在の概念)". Mayo Clin. Proc. 70 (3): 266-72; and Rusdiana et al., Responsiveness to low-dose warfarin associated with genetic variants of VKORC1, CYP2C9, CYP2C19, and CYP4F2 in an Indonesian population(インドネシア集団におけるVKORC1、CYP2C9、CYP2C19、およびCYP4F2の遺伝多様体と関連付けられる小投与量のワルファリンに対する応答性). Eur J Clin Pharmacol. 2013 Mar;69(3):395-405)。具体的には、VKORC1 1639(または3673)一塩基多型では、共通の(「野生型」)GアレルがAアレルで置換されている。Aアレル(または「Aハプロタイプ」)を持つ人々は、Gアレル(または「非Aハプロタイプ」)を持つ人々よりもVKORC1の産生が少ない。また、これら多様体の有病率は人種によって変動し、Aアレルを持つのは白色人種の37%、アフリカ系人種の14%である。その最終結果は、血液凝固因子数の減少、従って血液凝固能の低下である。 In other embodiments, the present invention enables rapid genotyping for emergency pharmacogenomics. In one aspect, a point-of-care assay may be used to determine the genotype of a patient presented to the emergency room. A patient may be suspected of having a blood clot and the emergency physician should determine the dosage of anticoagulant. In exemplary embodiments, the invention may provide guidance for administration of anticoagulants during treatment of myocardial infarction or stroke based on genotyping markers such as VKORC1, CYP2C9, and CYP2C19. good. In one aspect, the anticoagulant is the anticoagulant warfarin (Holford, NH (December 1986). "Clinical Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Warfarin Understanding the Dose-Effect Relationship." Clinical Pharmacokinetics and Pharmacology of Warfarin". Clinical Pharmacokinetics. Springer International Publishing. 11 (6): 483-504). Genes associated with thrombus are known in the art (e.g. US20060166239A1; Litin SC, Gastineau DA (1995) "Current concepts in anticoagulant therapy". Mayo Clin. Proc 70 (3): 266-72; and Rusdiana et al., Responsiveness to low-dose warfarin associated with genetic variants of VKORC1, CYP2C9, CYP2C19, and CYP4F2 in an Indonesian population. Responsiveness to low-dose warfarin associated with genetic variants in CYP4F2). Eur J Clin Pharmacol. 2013 Mar;69(3):395-405). Specifically, the VKORC1 1639 (or 3673) single nucleotide polymorphism replaces the common (“wild-type”) G allele with an A allele. People with the A allele (or "A haplotype") produce less VKORC1 than people with the G allele (or "non-A haplotype"). The prevalence of these variants also varies by race, with 37% of Caucasians and 14% of Africans carrying the A allele. The end result is a reduction in the number of blood clotting factors and thus a reduction in blood clotting capacity.

特定の例示的な実施形態では、患者のSNPを検出するための遺伝子材料の利用可能性により、DNAまたはRNA試料を増幅せずにSNPを検出することができる。遺伝子型決定の場合、試験される生体試料を容易に得ることができる。特定の例示的な実施形態では、本発明のインキュベーション時間を短くしてもよい。アッセイは、生じる酵素反応に必要な時間で行ってもよい。当業者であれば、5分間生化学反応(例えば、5分のライゲーション)を行ってもよい。本発明は、自動化DNA抽出装置を用いて血液からDNAを得てもよい。次いで、DNAを反応液に加えて、エフェクタータンパク質の標的分子を生成してもよい。標的分子の生成後すぐに、マスキング因子を切断して信号を検出してもよい。例示的な実施形態では、本発明により、薬物(例えば、抗凝血剤)を投与する前に遺伝子型を決定するPOC高速診断が可能になる。増幅工程が用いられる場合、すべての反応は1工程の過程で同じ反応で起こる。好ましい態様では、POCアッセイは、1時間未満、好ましくは10分、20分、30分、40分、または50分以内で行われてもよい。 In certain exemplary embodiments, the availability of genetic material for detecting SNPs in patients allows SNPs to be detected without amplifying DNA or RNA samples. For genotyping, the biological sample to be tested can be readily obtained. In certain exemplary embodiments, the incubation time of the present invention may be shortened. Assays may be performed for as long as necessary for the enzymatic reaction to occur. One skilled in the art may perform a 5 minute biochemical reaction (eg, 5 minute ligation). The present invention may obtain DNA from blood using an automated DNA extractor. DNA may then be added to the reaction to generate the target molecule for the effector protein. Immediately after generation of the target molecule, the masking factor may be cleaved and the signal detected. In an exemplary embodiment, the present invention enables rapid diagnosis of POC by genotyping prior to administering drugs (eg, anticoagulants). When an amplification step is used, all reactions occur in the same reaction over the course of one step. In preferred embodiments, the POC assay may be performed in less than 1 hour, preferably within 10, 20, 30, 40, or 50 minutes.

特定の態様では、本明細書で開示されるシステム、装置、および方法を用いて長い非コード領域RNA(lncRNA)の存在または発現量を検出してもよい。特定のlncRNAの発現は疾患の状態および/または薬物耐性に関連付けられる。特に、特定のlncRNA(例えば、TCONS_00011252、NR_034078、TCONS_00010506、TCONS_00026344、TCONS_00015940、TCONS_00028298、TCONS_00026380、TCONS_0009861、TCONS_00026521、TCONS_00016127、NR_125939、NR_033834、TCONS_00021026、TCONS_00006579、NR_109890、および NR_026873)は癌治療に対する耐性、例えば、黒色腫(例えば、結節型黒色腫、悪性黒子、悪性黒子黒色腫、末端性黒子性黒色腫、表在拡大型黒色腫、粘膜黒色腫、ポリープ状黒色腫、線維形成性黒色腫、メラニン欠乏性黒色腫、および軟部組織黒色腫)を治療する1種以上のBRAF阻害剤(例えば、ベムラフェニブ、ダブラフェニブ、ソラフェニブ、GDC-0879、PLX-4720、およびLGX818)に対する耐性と関連付けられる。本明細書で記載する様々な実施形態を用いてlncRNAを検出すると、疾患の診断および/または治療の選択肢の選択を容易にすることがある。 In certain aspects, the systems, devices, and methods disclosed herein may be used to detect the presence or abundance of long non-coding region RNAs (lncRNAs). Expression of specific lncRNAs is associated with disease states and/or drug resistance.特に、特定のlncRNA(例えば、TCONS_00011252、NR_034078、TCONS_00010506、TCONS_00026344、TCONS_00015940、TCONS_00028298、TCONS_00026380、TCONS_0009861、TCONS_00026521、TCONS_00016127、NR_125939、NR_033834、TCONS_00021026、TCONS_00006579、NR_109890、および NR_026873)は癌治療に対する耐性、例えば、黒色tumor (e.g., nodular melanoma, malignant lentigo, malignant lentiginous melanoma, acral lentiginous melanoma, superficial spreading melanoma, mucosal melanoma, polypoid melanoma, desmoplastic melanoma, hypomelanotic melanoma) associated with resistance to one or more BRAF inhibitors (eg, vemurafenib, dabrafenib, sorafenib, GDC-0879, PLX-4720, and LGX818) to treat cervical cancer, and soft tissue melanoma. Detection of lncRNAs using various embodiments described herein may facilitate diagnosis of disease and/or selection of treatment options.

一態様では、特に、素早く治療を施すことが治療転帰に重要な場合、本発明はDNAまたはRNA標的治療(例えば、CRISPR、TALE、ジンクフィンガータンパク質、RNAi)を導くことができる。

LOHの検出
In one aspect, the invention can lead to DNA- or RNA-targeted therapies (eg, CRISPR, TALE, zinc finger proteins, RNAi), especially when rapid delivery of therapy is critical to therapeutic outcome.

Detection of LOH

癌細胞は、正常細胞と比べて遺伝子材料(DNA)の消失を被る。この遺伝子材料の欠失は「ヘテロ接合性の消失」(LOH)と言われ、すべてではないとしてもほとんどすべての癌が被る。ヘテロ接合性の消失(LOH)は、遺伝子全体および周囲の染色体領域での消失となる染色体全体の事象である。ヘテロ接合性の消失は癌に共通に出現し、消失領域で機能的腫瘍抑制遺伝子が存在しないことを示す場合がある。しかしながら、消失は沈黙している場合がある。というのは、染色体対の他方の染色体で1個の機能的遺伝子がまだ残っているからである。腫瘍抑制遺伝子の残りのコピーは、点変異によって不活性化されて、腫瘍抑制遺伝子の消失に繋がることがある。癌細胞由来の遺伝子材料の消失により、染色体の特定の座位での細胞生存率または細胞成長に不可欠な遺伝子の2つ以上のアレルの1つが選択可能に消失されてもよい。 Cancer cells suffer loss of genetic material (DNA) compared to normal cells. This loss of genetic material is termed "loss of heterozygosity" (LOH) and is suffered by most, if not all, cancers. Loss of heterozygosity (LOH) is a chromosome-wide event resulting in loss of the entire gene and surrounding chromosomal regions. Loss of heterozygosity is a common occurrence in cancer and may indicate the absence of functional tumor suppressor genes in the lost regions. However, disappearance can be silent. This is because one functional gene still remains on the other chromosome of the chromosome pair. The remaining copy of the tumor suppressor gene can be inactivated by point mutations, leading to loss of the tumor suppressor gene. Depletion of genetic material from cancer cells may selectively eliminate one of two or more alleles of a gene essential for cell viability or cell growth at a particular chromosomal locus.

「LOHマーカー」はマイクロサテライト座位に由来するDNAであり、正常細胞と比較して、欠失、変化、または増幅が癌あるいは他の疾患と関連付けられる。LOHマーカーはしばしば、腫瘍抑制遺伝子、または他の通常腫瘍に関連付けられる遺伝子に関連付けられる。 A "LOH marker" is DNA derived from a microsatellite locus whose deletion, alteration, or amplification, compared to normal cells, is associated with cancer or other diseases. LOH markers are often associated with tumor suppressor genes or other genes commonly associated with tumors.

用語「マイクロサテライト」は、ヒトゲノムに広く分配されているDNAの短い反復配列を言う。マイクロサテライトは、2~5ヌクレオチドの範囲の長さの縦列型反復(すなわち隣接)DNAモチーフ群であり、典型的には5~50回繰り返される。例えば、配列TATATATATA(配列ID番号:418)は二ヌクレオチドマイクロサテライトであり、GTCGTCGTCGTCGTC(配列ID番号:419)は三ヌクレオチドマイクロサテライトである(ここで、Aはアデニン、Gはグアニン、Cはシトシン、Tはチミンである)。そのようなマイクロサテライトの反復長の体細胞変異は、腫瘍に固有の特徴を表していることが示されている。ガイドRNAは、そのようなマイクロサテライトを検出するように設計されていてもよい。さらに、本発明を用いて、検出可能な信号の定量に基づいて反復長の変化、増幅および欠失を検出してもよい。特定のマイクロサテライトは、遺伝子の調節隣接領域またはイントロン領域に位置するか、あるいは遺伝子のコドンに直接位置する。そのような場合のマイクロサテライトの変異は、表現型の変化および疾患、特に脆弱性X症候群およびハンチントン病などのトリプレット(3個のヌクレオチドの組)リピート伸長病に繋がる場合がある。 The term "microsatellite" refers to short repetitive sequences of DNA that are widely distributed in the human genome. Microsatellites are groups of tandemly repeated (ie contiguous) DNA motifs ranging in length from 2-5 nucleotides, typically repeated 5-50 times. For example, the sequence TATATATATA (SEQ ID NO: 418) is a dinucleotide microsatellite and GTCGTCGTCGTCGTC (SEQ ID NO: 419) is a trinucleotide microsatellite (where A is adenine, G is guanine, C is cytosine, T is thymine). Somatic mutations of such microsatellite repeat lengths have been shown to represent tumor-specific features. Guide RNAs may be designed to detect such microsatellites. Additionally, the present invention may be used to detect repeat length changes, amplifications and deletions based on quantification of the detectable signal. Certain microsatellites are located in the regulatory flanking or intronic regions of genes, or directly at codons of genes. Microsatellite mutations in such cases can lead to phenotypic changes and diseases, particularly triplet (3 nucleotide pairs) repeat expansion diseases such as fragile X syndrome and Huntington's disease.

特定の染色体領域での頻繁なヘテロ接合性の消失(LOH)は、多くの種類の悪性腫瘍で報告されている。特定の染色体領域でのアレル消失は、様々な悪性腫瘍で観察される最も共通した遺伝子変化であり、従って、マイクロサテライト分析を用いて体液由来の試料(例えば、肺癌では唾液、膀胱癌では尿)中の癌細胞のDNAを検出している(Rouleau, et al. Nature 363, 515-521 (1993);およびLatif, et al. Science 260, 1317-1320 (1993))。また、可溶性DNAの濃度の著しい上昇が癌および他のいくつかの疾患を持つ個体の血漿中に見られるということが確率されている。これは、無細胞血清または血漿を用いてマイクロサテライトの異常により癌DNAを検出してもよいことを示している(Kamp, et al. Science 264, 436-440 (1994);およびSteck, et al. Nat Genet. 15(4), 356-362 (1997))。2つのグループは、小細胞肺癌または頭部および頸部癌を持つ限定された数の患者の血漿または血清中のマイクロサテライト変化を報告している(Hahn, et al. Science 271, 350-353 (1996);およびMiozzo, et al. Cancer Res. 56, 2285-2288 (1996))。腫瘍および黒色腫患者の血清でのヘテロ接合性の消失の検出はこれまでにも示されている(例えば、米国特許第6465177B1号)。 Frequent loss of heterozygosity (LOH) at specific chromosomal regions has been reported in many types of malignancies. Allelic loss at specific chromosomal regions is the most common genetic alteration observed in a variety of malignancies, and thus samples from body fluids (e.g., saliva for lung cancer, urine for bladder cancer) were analyzed using microsatellite analysis. (Rouleau, et al. Nature 363, 515-521 (1993); and Latif, et al. Science 260, 1317-1320 (1993)). It has also been established that significantly elevated concentrations of soluble DNA are found in the plasma of individuals with cancer and some other diseases. This indicates that cell-free serum or plasma may be used to detect cancer DNA through microsatellite aberrations (Kamp, et al. Science 264, 436-440 (1994); and Steck, et al. Nat Genet. 15(4), 356-362 (1997)). Two groups have reported microsatellite changes in plasma or serum of a limited number of patients with small cell lung cancer or head and neck cancer (Hahn, et al. Science 271, 350-353 ( 1996); and Miozzo, et al. Cancer Res. 56, 2285-2288 (1996)). Detection of loss of heterozygosity in sera of tumor and melanoma patients has been previously demonstrated (eg US Pat. No. 6,465,177 B1).

従って、癌を患っている、あるいはその危険性がある対象者でLOHマーカーを検出することは利点がある。本発明を用いて腫瘍細胞のLOHを検出してもよい。一態様では、循環腫瘍細胞を生体試料として用いてもよい。好ましい態様では、血清または血漿から得た無細胞DNAを用いて、LOHを非侵襲的に検出および/または監視する。他の実施形態では、生体試料は本明細書で記載する任意の試料(例えば、膀胱癌では尿試料)であってもよい。何らかの理論に束縛されるわけではないが、本発明を用いて、任意の従来の方法と比べて向上した感度でLOHマーカーを検出し、これによって変異事象の早期検出を行ってもよい。一態様では、体液中でLOHが検出される。この場合、LOHの存在は癌の発生と関連付けられる。本明細書で記載する方法およびシステムは、癌に関連付けられた特定のアレルのLOHを検出する非侵襲性で高速、かつ正確な方法を提供することで、PCRまたは組織生検材料などの従来の技術に比べて有意な利点を表している。従って、本発明は、危険性の高い集団を選別し、科学的予防、化学療法、免疫治療法、または他の治療を受けている危険性の高い患者を監視するのに用いてもよい方法およびシステムを提供する。 Therefore, it would be advantageous to detect LOH markers in a subject having or at risk of having cancer. The present invention may be used to detect LOH in tumor cells. In one aspect, circulating tumor cells may be used as the biological sample. In preferred embodiments, cell-free DNA from serum or plasma is used to non-invasively detect and/or monitor LOH. In other embodiments, the biological sample can be any sample described herein (eg, urine sample for bladder cancer). Without being bound by any theory, the present invention may be used to detect LOH markers with improved sensitivity compared to any conventional method, thereby providing early detection of mutational events. In one aspect, LOH is detected in bodily fluids. In this case, the presence of LOH is associated with the development of cancer. The methods and systems described herein provide a non-invasive, rapid, and accurate method of detecting LOH of specific alleles associated with cancer, allowing conventional methods such as PCR or tissue biopsies to It represents a significant advantage over technology. Thus, the present invention provides methods and methods that may be used to screen for high-risk populations and monitor high-risk patients undergoing chemoprophylaxis, chemotherapy, immunotherapy, or other treatments. provide the system.

本発明の方法は、血液などの体液からDNAを抽出することのみを必要とするので、1人の患者で任意の時間、繰り返し行ってもよい。手術の前後、化学療法、放射線治療、遺伝子治療、または免疫治療法などの治療の前、最中、あるいは後、あるいは治療後に疾患の進行、安定性、または再発についてフォローアップ検査時に血液を採取して、LOHを監視してもよい。何らかの理論に束縛されるわけではないが、LOHマーカーは個々の患者の腫瘍に特異的であるので、本発明の方法を用いて、その患者に特異的なLOHマーカーにより亜臨床的疾患の存在または再発を検出してもよい。前記方法はまた、腫瘍に特異的なLOHマーカーを用いて複数の転移が存在するか否かを検出してもよい。
後成的修飾の検出
Since the method of the invention only requires the extraction of DNA from bodily fluids such as blood, it may be repeated at any given time in a single patient. Blood is drawn for follow-up tests for disease progression, stability, or recurrence before, during, or after surgery, chemotherapy, radiation therapy, gene therapy, or immunotherapy, or after treatment. may be used to monitor LOH. Without being bound by any theory, because LOH markers are specific to an individual patient's tumor, the methods of the invention can be used to determine the presence or absence of subclinical disease by LOH markers specific to that patient. Recurrence may be detected. The method may also detect whether multiple metastases are present using a tumor-specific LOH marker.
Detection of epigenetic modifications

癌または癌の進行を示すヒストン多様体、DNA修飾、およびヒストン修飾を本発明で用いてもよい。例えば、米国特許公開第20140206014号には、癌試料では健康な対象者に比べてヌクレオソームH2AZ、マクロH2A1.1、5-メチルシトシン、P-H2AX(Ser139)の量が上昇していることが記載されている。個体に癌細胞が存在すると、癌細胞のアポトーシスが増加した結果、血液中に無細胞ヌクレオソームが多く生成されることがある。一態様では、H2B Ser 14(P)など、アポトーシスに関連付けられたマークに対する抗体を用いて、アポトーシスによる新生物細胞から放出された単一ヌクレオソームを同定してもよい。従って、好ましくは、腫瘍細胞から生じたDNAは、本発明によって高感度、高精度で分析されてもよい。

出生前選別
Histone variants, DNA modifications, and histone modifications that are indicative of cancer or cancer progression may be used in the present invention. For example, US Patent Publication No. 20140206014 describes elevated amounts of nucleosomal H2AZ, macroH2A1.1, 5-methylcytosine, P-H2AX (Ser139) in cancer samples compared to healthy subjects. It is When cancer cells are present in an individual, increased apoptosis of the cancer cells may result in increased production of cell-free nucleosomes in the blood. In one aspect, antibodies against marks associated with apoptosis, such as H2B Ser 14(P), may be used to identify single nucleosomes released from apoptotic neoplastic cells. Therefore, preferably, DNA generated from tumor cells may be analyzed with high sensitivity and precision according to the present invention.

prenatal screening

特定の態様では、本発明の方法およびシステムは、出生前選別で用いられてもよい。特定の態様では、循環無細胞DNAは出生前選別方法で用いられる。特定の態様では、単一ヌクレオソームまたはオリゴヌクレオソームに関連付けられたDNAを本発明で検出してもよい。好ましい態様では、単一ヌクレオソームまたはオリゴヌクレオソームで関連付けられたDNAの検出は、出生前選別に用いられる。特定の態様では、無細胞クロマチン断片は出生前選別方法に用いられる。 In certain aspects, the methods and systems of the present invention may be used in prenatal screening. In certain aspects, circulating cell-free DNA is used in prenatal selection methods. In certain aspects, DNA associated with single nucleosomes or oligonucleosomes may be detected with the present invention. In a preferred embodiment, detection of single-nucleosome or oligonucleosome-associated DNA is used for prenatal screening. In certain embodiments, cell-free chromatin fragments are used in prenatal selection methods.

出生前診断または出生前選別は、生まれる前に胎児または胚の疾患あるいは状態を試験することを言う。この目的は、神経管欠損、ダウン症候群、染色体異常、遺伝性疾患、および他の病気(例えば、脊椎披裂、口蓋裂、テイ・サックス病、鎌状赤血球貧血、サラセミア、嚢胞性線維症、筋ジストロフィー、および脆弱X症候群)などの出生異常を検出することである。選別はまた、出生前性別鑑定に用いられてもよい。一般的な試験手順は羊水穿刺、項部透光性超音波を含む超音波検査、血清マーカー試験、または遺伝子選別を含む。場合によっては、試験は胎児を中絶するか否かを決定するために施されるが、医師および患者は危険度の高い妊娠を早期に診断して、新生児が適切な治療を受けられる専門病院で出産を計画することができるので有用であると見なしている。 Prenatal diagnosis or prenatal screening refers to testing a fetus or embryo for a disease or condition before it is born. This purpose includes neural tube defects, Down's syndrome, chromosomal abnormalities, genetic disorders, and other diseases (e.g., spina bifida, cleft palate, Tay-Sachs disease, sickle cell anemia, thalassemia, cystic fibrosis, muscular dystrophy, and fragile X syndrome). Screening may also be used for prenatal sex determination. Common testing procedures include amniocentesis, ultrasonography including nuchal translucency, serum marker testing, or genetic screening. In some cases, tests are given to decide whether to terminate the fetus, but doctors and patients should be able to diagnose high-risk pregnancies early and send them to specialized hospitals where the newborn can receive appropriate care. They see it as useful because it allows them to plan their births.

母親の血中に存在する胎児の細胞があること、これら細胞は出産前DNA診断法用の胎児染色体の可能性のある供給源を表しているということが理解されている。また、胎児のDNAは、母親の血液中の総DNAの約2~10%の範囲である。現在利用可能な出産前遺伝子試験は、一般的に侵襲性手順を含む。例えば、妊娠約10~12週に妊婦に対して行われる絨毛膜絨毛採取(CVS)および約14~16週で行われる羊水穿刺はすべて、胎児の染色体異常試験用の試料を得るための侵襲性手順を含んでいる。これらの採取手順を経て得た胎児の細胞は、通常、細胞遺伝学的分析または蛍光その場ハイブリダイゼーション(FISH)分析を用いて染色体異常について試験される。無細胞胎児のDNAは、妊娠第6週という早期に妊婦の血漿および血清中に存在し、その濃度が妊娠中に上昇し、出産前にピークに達することが分かっている。これら細胞は妊娠の非常に早期に現れるので、正確な非侵襲性第一期検査の基礎をなし得る。何らかの理論に束縛されるわけではないが、本発明は、小量の胎児のDNAを検出するこれまでにない感度を提供する。何らかの理論に束縛されるわけではないが、豊富な量の母親のDNAは、一般に対象の胎児のDNAと共に同時に回収され、従って胎児のDNAの定量化および変異の検出での感度を低下させている。本発明は、アッセイの予期してなかった高感度によりそのような問題を克服する。 It is understood that there are fetal cells present in the mother's blood and that these cells represent a potential source of fetal chromosomes for prenatal DNA diagnostics. Also, fetal DNA ranges from about 2-10% of the total DNA in maternal blood. Currently available prenatal genetic tests generally involve invasive procedures. For example, chorionic villus sampling (CVS) performed on a pregnant woman at about 10-12 weeks gestation and amniocentesis performed at about 14-16 weeks are all invasive procedures for obtaining samples for fetal chromosomal aberration testing. Contains procedures. Fetal cells obtained via these collection procedures are usually tested for chromosomal abnormalities using cytogenetic or fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis. Cell-free fetal DNA has been found to be present in the plasma and serum of pregnant women as early as the sixth week of pregnancy, with concentrations increasing during pregnancy and peaking before birth. Since these cells appear very early in pregnancy, they can form the basis of an accurate non-invasive first-trimester test. Without being bound by any theory, the present invention provides unprecedented sensitivity to detect small amounts of fetal DNA. Without being bound by any theory, abundant amounts of maternal DNA are generally co-recovered with the subject's fetal DNA, thus reducing sensitivity in fetal DNA quantification and mutation detection. . The present invention overcomes such problems due to the unexpected high sensitivity of the assay.

H3クラスのヒストンは、主要型H3.1およびH3.2、置換型H3.3、および精巣特異的多様体H3tという4つの異なるタンパク質種からなる。H3.1とH3.2は密接に関連しているが、Ser96でのみ異なっている。H3.1は少なくとも5アミノ酸位置でH3.3と異なっている。さらに、H3.1は、肝臓、腎臓、および心臓を含む大人の組織での存在と比べて胎児の肝臓に非常に豊富にある。大人のヒトの組織では、H3.3多様体はH3.1多様体よりも多いが、胎児の肝臓ではその反対である。本発明は、これらの違いを用いて、胎児の細胞と母親の細胞および/または胎児の核酸の両方を含む母親の生体試料中の胎児のヌクレオソームおよび胎児の核酸を検出してもよい。 The H3 class of histones consists of four distinct protein species: major forms H3.1 and H3.2, substitution form H3.3, and testis-specific variant H3t. H3.1 and H3.2 are closely related but differ only at Ser96. H3.1 differs from H3.3 at at least 5 amino acid positions. In addition, H3.1 is highly abundant in fetal liver compared to its presence in adult tissues, including liver, kidney, and heart. In adult human tissue, H3.3 variants are more common than H3.1 variants, but the opposite is true in fetal liver. The present invention may use these differences to detect fetal nucleosomes and fetal nucleic acids in maternal biological samples containing both fetal and maternal cells and/or fetal nucleic acids.

一態様では、胎児のヌクレオソームは血液から得てもよい。他の実施形態では、胎児のヌクレオソームは頸管粘液試料から得てもよい。特定の態様では、頸管粘液試料は、妊娠の第二期初期または第一期後期の妊婦を拭うまたは洗浄して得られる。試料をインキュベーターに入れて、粘液に捕捉されたDNAを放出させてもよい。インキュベーターを37℃に設定してもよい。試料を約15~30分間揺らしてもよい。DNAを放出させる目的で粘液をムチナーゼでさらに溶解させてもよい。試料を化学処理や当該分野で既知の処理などの条件に曝して、アポトーシスを誘導し、胎児のヌクレオソームを放出させてもよい。従って、頸管粘液試料は、アポトーシスを誘導する因子によって処理されてもよく、これによって胎児のヌクレオソームが放出される。循環胎児DNAの濃縮については米国特許公開第20070243549号および20100240054号を参照のこと。本発明は、少量の画分のヌクレオソームまたはDNAのみが胎児由来のものである出生前選別に前記方法およびシステムを適用する際に特に利点がある。 In one aspect, fetal nucleosomes may be obtained from blood. In other embodiments, fetal nucleosomes may be obtained from a cervical mucus sample. In certain embodiments, the cervical mucus sample is obtained by swabbing or washing a pregnant woman in the early second or late first trimester of pregnancy. The sample may be placed in an incubator to release the mucus-trapped DNA. The incubator may be set at 37°C. The sample may be rocked for about 15-30 minutes. The mucus may be further lysed with a mucinase to release the DNA. The sample may be exposed to conditions such as chemical treatments or treatments known in the art to induce apoptosis and release fetal nucleosomes. Thus, cervical mucus samples may be treated with agents that induce apoptosis, thereby releasing fetal nucleosomes. See US Patent Publication Nos. 20070243549 and 20100240054 for enrichment of circulating fetal DNA. The present invention is of particular advantage in applying the method and system to prenatal selection where only a small fraction of nucleosomes or DNA is of fetal origin.

本発明による出産前選別は、これらに限定されないが、三染色体性13、三染色体性16、三染色体性18、クラインフェルター症候群(47、XXY),(47、XYY)および(47、XXX)、ターナー症候群、ダウン症候群(三染色体性21)、嚢胞性線維症、ハンチントン病、βサラセミア、筋剛直性ジストロフィー、鎌状赤血球性貧血、ポルフィリン症、脆弱X症候群、ロバートソン型転座、アンジェルマン症候群、ディジョージ症候群、およびウォルフ・ヒルシュホーン症候群を含む疾患用であってもよい。 Antenatal selection according to the present invention includes, but is not limited to, trisomy 13, trisomy 16, trisomy 18, Klinefelter's syndrome (47, XXY), (47, XYY) and (47, XXX), Turner's syndrome, Down's syndrome (trisomy 21), cystic fibrosis, Huntington's disease, beta thalassemia, myotonic dystrophy, sickle cell anemia, porphyria, fragile X syndrome, Robertsonian translocation, Angelman's syndrome , DiGeorge syndrome, and Wolf-Hirschhorn syndrome.

本発明のさらにいくつかの側面は、国立衛生研究所のウェブサイト(ウェブサイト:health.nih.gov/topic/Genetic Disorders)の見出し「遺伝子疾患」の下にさらに記載された広範囲の遺伝子疾患に関連付けられた欠陥を診断、予知、および/または治療することに関する。

癌および癌の薬剤耐性の検出
Further aspects of the present invention are directed to a wide range of genetic disorders further described under the heading "Genetic Disorders" on the National Institutes of Health website (website: health.nih.gov/topic/Genetic Disorders). It relates to diagnosing, prognosticating and/or treating associated defects.

Detection of cancer and cancer drug resistance

特定の態様では、本発明を用いて、癌に関連付けられた遺伝子および変異を検出してもよい。特定の態様では、耐性に関連付けられた変異が検出される。治療中、腫瘍細胞のクロナール集団で耐性腫瘍細胞が増幅する、あるいは耐性変異が現れることがある(例えば、Burger JA, et al., Clonal evolution in patients with chronic lymphocytic leukaemia developing resistance to BTK inhibition(BTK阻害耐性を発達させた慢性リンパ性白血病患者のクローン進化). Nat Commun. 2016 May 20;7:11589; Landau DA, et al., Mutations driving CLL and their evolution in progression and relapse(CLLおよびその進行と再発における進化を駆動する変異). Nature. 2015 Oct 22;526(7574):525-30; Landau DA, et al., Clonal evolution in hematological malignancies and therapeutic implications. Leukemia. 2014 Jan;28(1):34-43; and Landau DA, et al., Evolution and impact of subclonal mutations in chronic lymphocytic leukemia(慢性リンパ性白血病でのサブクロナール変異の進化と影響). Cell. 2013 Feb 14;152(4):714-26を参照のこと)。従って、そのような変異を検出することは、非常に高感度なアッセイが必要であり、監視は生検材料の繰り返しが必要である。繰り返される生検は利便性が悪く、侵襲性でコストがかかる。耐性変異は、血液試料、または当該分野で知られた従来の方法を用いて他の非侵襲性的な方法で採取した生体試料(例えば、血液、唾液、尿)での検出が難しい場合がある。耐性変異は、化学療法、標的治療、または免疫治療法に対する耐性に関連付けられた変異を指す場合がある。 In certain embodiments, the present invention may be used to detect genes and mutations associated with cancer. In certain aspects, mutations associated with resistance are detected. During treatment, resistant tumor cells may be amplified in clonal populations of tumor cells, or resistance mutations may emerge (e.g., Burger JA, et al., Clonal evolution in patients with chronic lymphocytic leukemia developing resistance to BTK inhibition). 2016 May 20;7:11589; Landau DA, et al., Mutations driving CLL and their evolution in progression and relapse. Nature. 2015 Oct 22;526(7574):525-30; Landau DA, et al., Clonal evolution in hematological malignancies and therapeutic implications. Leukemia. 2014 Jan;28(1):34 -43; and Landau DA, et al., Evolution and impact of subclonal mutations in chronic lymphocytic leukemia. Cell. 2013 Feb 14;152(4):714-26 checking). Therefore, detecting such mutations requires very sensitive assays and monitoring requires repeat biopsies. Repeated biopsies are inconvenient, invasive and costly. Resistance mutations can be difficult to detect in blood samples or biological samples (e.g., blood, saliva, urine) collected by other non-invasive methods using conventional methods known in the art. . Resistance mutations may refer to mutations associated with resistance to chemotherapy, targeted therapy, or immunotherapy.

特定の態様では、変異は個々の癌で起こり、癌の進行を検出するのに用いられてもよい。一態様では、腫瘍に対するT細胞細胞溶解活性に関する変異は、本発明によって特徴付けられており、検出してもよい(例えば、Rooney et al., Molecular and genetic properties of tumors associated with local immune cytolytic activity(局所免疫細胞溶解活性に関連付けられた腫瘍の分子的および遺伝子的特徴), Cell. 2015 January 15; 160(1-2): 48-61)。個別治療は、これら変異の検出に基づいて開発されてもよい(例えば、WO2016100975A1を参照のこと)。特定の態様では、細胞溶解活性に関連付けられた癌に特異的な変異は、CASP8、B2M、PIK3CA、SMC1A、ARID5B、TET2、ALPK2、COL5A1、TP53、DNER、NCOR1、MORC4、CIC、IRF6、MYOCD、ANKLE1、CNKSR1、NF1、SOS1、ARID2、CUL4B、DDX3X,FUBP1、TCP11L2、HLA-A、B、またはC、CSNK2A1、MET、ASXL1、PD-L1、PD-L2、IDO1、IDO2、ALOX12B、およびALOX15Bからなる群より選択される遺伝子の変異、または染色体全体の事象を除く、染色体バンド6q16.1-q21、6q22.31-q24.1、6q25.1-q26、7p11.2-q11.1、8p23.1、8p11.23-p11.21(IDO1、IDO2を含む)、9p24.2-p23(PDL1、PDL2を含む)、10p15.3、10p15.1-p13、11p14.1、12p13.32-p13.2、17p13.1(ALOX12B、ALOX15Bを含む)、および22q11.1-q11.21の何れかに影響を及ぼすコピー数増加であってもよい。 In certain embodiments, mutations occur in individual cancers and may be used to detect cancer progression. In one aspect, mutations related to T cell cytolytic activity against tumors have been characterized by the present invention and may be detected (e.g., Rooney et al., Molecular and genetic properties of tumors associated with local immune cytolytic activity ( Molecular and genetic features of tumors associated with local immune cytolytic activity), Cell. 2015 January 15; 160(1-2): 48-61). Individualized therapies may be developed based on detection of these mutations (see, eg, WO2016100975A1). In certain aspects, cancer-specific mutations associated with cytolytic activity are CASP8, B2M, PIK3CA, SMC1A, ARID5B, TET2, ALPK2, COL5A1, TP53, DNER, NCOR1, MORC4, CIC, IRF6, MYOCD, from ANKLE1, CNKSR1, NF1, SOS1, ARID2, CUL4B, DDX3X, FUBP1, TCP11L2, HLA-A, B, or C, CSNK2A1, MET, ASXL1, PD-L1, PD-L2, IDO1, IDO2, ALOX12B, and ALOX15B Chromosome bands 6q16.1-q21, 6q22.31-q24.1, 6q25.1-q26, 7p11.2-q11.1, 8p23. 1, 8p11.23-p11.21 (including IDO1 and IDO2), 9p24.2-p23 (including PDL1 and PDL2), 10p15.3, 10p15.1-p13, 11p14.1, 12p13.32-p13. 2, 17p13.1 (including ALOX12B, ALOX15B), and 22q11.1-q11.21.

特定の態様では、治療の途中または完了後に本発明を用いて癌変異(例えば、耐性変異を検出する。本発明の感度により、治療中に生じたクロナール変異の非侵襲性検出が可能になり、疾患の再発を検出することができる。 In certain embodiments, the invention is used to detect cancer mutations (e.g., resistance mutations) during or after treatment has been completed. Disease recurrence can be detected.

特定の例示的な実施形態では、マイクロRNA(miRNA)のおよび/または異なるように発現したmiRNAのmiRNAの特徴の検出を用いて癌の進行を検出または監視し、かつ/または癌治療に対する薬物耐性を検出してもよい。一例として、Nadal et al. (Nature Scientific Reports, (2015) doi:10.1038/srep12464)にはmRNAの特徴が記載されており、これらを用いて非小細胞肺癌(NSCLC)を検出してもよい。 In certain exemplary embodiments, detection of miRNA signatures of microRNAs (miRNAs) and/or of differentially expressed miRNAs is used to detect or monitor cancer progression and/or drug resistance to cancer treatments. may be detected. As an example, Nadal et al. (Nature Scientific Reports, (2015) doi:10.1038/srep12464) describe mRNA signatures, which may be used to detect non-small cell lung cancer (NSCLC).

特定の例示的な実施形態では、治療計画の決定に細胞のクロナール部分母集団に耐性変異が存在することを用いてもよい。他の実施形態では、共通の腫瘍変異に基づいて患者を治療する個別治療を施してもよい。特定の態様では、共通の変異は、治療に応答して発生して薬物耐性に繋がる。特定の態様では、本発明を用いて変異を獲得した細胞あるいはそのような薬物耐性変異を宿している細胞の増幅について患者を監視してもよい。 In certain exemplary embodiments, the presence of resistance mutations in clonal subpopulations of cells may be used to determine treatment regimens. In other embodiments, individualized therapies may be administered that treat patients based on common tumor mutations. In certain aspects, common mutations develop in response to therapy leading to drug resistance. In certain embodiments, the present invention may be used to monitor patients for the expansion of cells that have acquired mutations or harbor such drug resistance mutations.

様々な化学療法薬、特にチロシンキナーゼ阻害剤などの標的治療薬による治療は、治療の活性に抵抗する標的分子において新たな変異に繋がることが多い。例えば、これら変異によって影響を受けない第二世代の治療薬の開発、および複数の薬剤による治療(耐性変異の下流に作用するものを含む)など、この耐性を克服する複数の方策が評価されている。一例示的な実施形態では、ブルトン型チロシンキナーゼ(BTK)を標的してCLLおよび特定のリンパ腫に対して用いられる分子であるイブルチニブに対する共通の変異は、位置481(BTK/C481S)でのシステインからセリンへの変化である。上皮細胞増殖因子受容体(EGFR)のチロシンキナーゼドメインを標的するエルロチニブは一般に肺癌の治療に用いられるが、常に治療の後に耐性腫瘍が発達する。耐性クローンで見られる共通の変異は、位置790でのトレオニンからメチオニンへの変異である。 Treatment with various chemotherapeutic agents, especially targeted therapeutic agents such as tyrosine kinase inhibitors, often leads to de novo mutations in target molecules that resist the activity of therapy. Multiple strategies to overcome this resistance are being evaluated, for example, the development of second-generation therapeutics that are unaffected by these mutations, and multidrug therapy, including those that act downstream of resistance mutations. there is In one exemplary embodiment, a common mutation for ibrutinib, a molecule that targets Bruton's Tyrosine Kinase (BTK) and is used against CLL and certain lymphomas, is from a cysteine at position 481 (BTK/C481S) to It is a change to serine. Erlotinib, which targets the tyrosine kinase domain of the epidermal growth factor receptor (EGFR), is commonly used to treat lung cancer, but resistant tumors invariably develop after treatment. A common mutation found in resistant clones is a threonine to methionine mutation at position 790.

癌患者の集団で共有された沈黙していない変異と本発明で検出され得る共通の耐性変異は当該分野で知られている(例えば、WO/2016/187508を参照のこと)。特定の態様では、薬物耐性変異はイブルチニブ、エルロチニブ、イマチニブ、ゲフィチニブ、クリゾチニブ、トラスツズマブ、ベムラフェニブ,RAF/MEK、免疫チェックポイント阻害療法、または抗エストロゲン治療での治療により誘導されることがある。特定の態様では、癌に特異的な変異は、プログラム死リガンド1(PD-L1),アンドロゲン受容体(AR)、ブルトン型チロシンキナーゼ(BTK)、上皮細胞増殖因子受容体(EGFR)、BCR-Abl、c-キット、PIK3CA、HER2、EML4-ALK、KRAS、ALK,ROS1、AKT1、BRAF、MEK1、MEK2、NRAS,RAC1、およびESR1からなる群より選択されるタンパク質をコードする1個以上の遺伝子に存在する。 Non-silencing mutations shared in cancer patient populations and common resistance mutations that can be detected with the present invention are known in the art (see, eg, WO/2016/187508). In certain aspects, drug resistance mutations may be induced by treatment with ibrutinib, erlotinib, imatinib, gefitinib, crizotinib, trastuzumab, vemurafenib, RAF/MEK, immune checkpoint inhibition therapy, or anti-estrogen therapy. In certain aspects, the cancer-specific mutation is programmed death ligand 1 (PD-L1), androgen receptor (AR), Bruton's Tyrosine Kinase (BTK), epidermal growth factor receptor (EGFR), BCR- one or more genes encoding proteins selected from the group consisting of Abl, c-kit, PIK3CA, HER2, EML4-ALK, KRAS, ALK, ROS1, AKT1, BRAF, MEK1, MEK2, NRAS, RAC1, and ESR1 exists in

免疫チェックポイントは、免疫反応を遅らせ、かつ停止させ、免疫細胞の制御されていない活性から過剰な組織損傷を防ぐ阻害経路である。特定の態様では、標的される免疫チェックポイントは、プログラム死-1(PD-1またはCD279)遺伝子(PDCD1)である。他の実施形態では、標的される免疫チェックポイントは細胞毒性Tリンパ球関連抗原(CTLA-4)である。さらなる実施形態では、標的される免疫チェックポイントは、CD28およびCTLA4 Igスーパーファミリー(例えば、BTLA、LAG3、ICOS、PDL1、またはKIR)のうちの他のものである。さらなる実施形態では、標的される免疫チェックポイントは、TNFRスーパーファミリー(例えば、CD40、OX40,CD137、GITR,CD27、またはTIM-3)のうちの1つである。 Immune checkpoints are inhibitory pathways that slow and stop the immune response and prevent excessive tissue damage from uncontrolled activation of immune cells. In particular aspects, the targeted immune checkpoint is the programmed death-1 (PD-1 or CD279) gene (PDCD1). In other embodiments, the targeted immune checkpoint is cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen (CTLA-4). In further embodiments, the immune checkpoints targeted are CD28 and others of the CTLA4 Ig superfamily (eg, BTLA, LAG3, ICOS, PDL1, or KIR). In further embodiments, the targeted immune checkpoint is one of the TNFR superfamily (eg, CD40, OX40, CD137, GITR, CD27, or TIM-3).

最近、腫瘍での遺伝子の発現およびそれらの微小環境が1細胞レベルで特徴付けられている(例えばTirosh, et al. Dissecting the multicellular ecosystem of metastatic melanoma by single cell RNA-seq(1細胞RNAシークセンシングによる転移性メラノーマの多細胞生態系の分析). Science 352, 189-196, doi:10.1126/science.aad0501 (2016)); Tirosh et al., Single-cell RNA-seq supports a developmental hierarchy in human oligodendroglioma(1細胞RNA配列はヒトの乏突起膠腫の発達階層を支持する). Nature. 2016 Nov 10;539(7628):309-313. doi : 10.1038/nature20123. Epub 2016 Nov 2; and 国際特許公報WO2017004153 A1を参照のこと)。特定の態様では、本発明を用いて遺伝子の特徴を検出してもよい。一態様では、腫瘍微小環境で補体遺伝子が監視または検出される。一態様では、MITFおよびAXLプログラムが監視または検出される。一態様では、腫瘍に特異的な幹細胞または前駆細胞の特徴が検出される。そのような特徴は、免疫応答の状態および腫瘍の状態を示している。特定の態様では、増殖、治療に対する耐性、および免疫細胞の豊富さに関する腫瘍の状態が検出されてもよい。 Recently, the expression of genes in tumors and their microenvironment has been characterized at the single-cell level (e.g. Tirosh, et al. Dissecting the multicellular ecosystem of metastatic melanoma by single cell RNA-seq). Science 352, 189-196, doi:10.1126/science.aad0501 (2016)); Tirosh et al., Single-cell RNA-seq supports a developmental hierarchy in human oligodendroglioma. 2016 Nov 10;539(7628):309-313. doi : 10.1038/nature20123. Epub 2016 Nov 2; and International Patent Publication WO2017004153. (see A1). In certain embodiments, the present invention may be used to detect genetic signatures. In one aspect, complement genes are monitored or detected in the tumor microenvironment. In one aspect, MITF and AXL programs are monitored or detected. In one aspect, tumor-specific stem or progenitor cell characteristics are detected. Such features are indicative of immune response status and tumor status. In certain embodiments, tumor status with respect to growth, resistance to therapy, and abundance of immune cells may be detected.

従って、特定の実施形態では、本発明は、腫瘍DNAなどの循環DNA用、特に、疾患の再発または共通の耐性変異の発達を監視する低コストの高速多重癌検出パネルを提供する。

免疫治療の適用
Thus, in certain embodiments, the present invention provides a low-cost, rapid, multiplexed cancer detection panel for circulating DNA, such as tumor DNA, particularly for monitoring disease recurrence or the development of common resistance mutations.

Application of immunotherapy

本明細書で開示される実施形態はまた、さらなる免疫治療法の文脈で有用な場合がある。例えば、実施形態によっては、対象者の免疫応答を診断、予期、および/または段階分けする方法は、第一の発現量、活性および/または1つ以上の生体指標の機能を検出すること、および検出量を対照量と比較することを含む。ここで、検出量と対照量の差は、対象者に免疫応答があることを示している。 Embodiments disclosed herein may also be useful in the context of additional immunotherapeutic methods. For example, in some embodiments, a method of diagnosing, predicting, and/or staging an immune response in a subject comprises detecting a first expression level, activity and/or function of one or more biomarkers; Including comparing the detected amount to a control amount. Here, a difference between the detected amount and the control amount indicates that the subject has an immune response.

特定の態様では、本発明を用いて、腫瘍浸潤リンパ球(TIL)の機能障害または活性化を決定してもよい。既知の方法を用いてTILを単離してもよい。TILを分析して、それらを養子細胞移入治療に用いるか否かを決定してもよい。また、対象者に投与する前にキメラ抗原受容体T細胞(CAR-T細胞)を機能障害または活性化の特徴について分析してもよい。機能障害および活性化T細胞の例示的な特徴が記載されている(例えば、Singer M, et al., A Distinct Gene Module for Dysfunction Uncoupled from Activation in Tumor-Infiltrating T Cells(腫瘍浸潤リンパ球における活性化から切り離された機能不全のための個別遺伝子モジュール). Cell. 2016 Sep 8;166(6):1500-1511.e9. doi: 10.1016/j.cell.2016.08.052を参照のこと)。 In certain aspects, the present invention may be used to determine tumor infiltrating lymphocyte (TIL) dysfunction or activation. TILs may be isolated using known methods. TILs may be analyzed to determine whether they are used for adoptive cell transfer therapy. Chimeric antigen receptor T-cells (CAR-T-cells) may also be analyzed for characteristics of dysfunction or activation prior to administration to a subject. Exemplary characteristics of dysfunctional and activated T cells have been described (see, e.g., Singer M, et al., A Distinct Gene Module for Dysfunction Uncoupled from Activation in Tumor-Infiltrating T Cells). Individual Gene Modules for Dysfunction Disconnected from Cell. Cell. 2016 Sep 8;166(6):1500-1511.e9.

態様によっては、C2c2を用いて免疫細胞、例えば、T細胞(例えば、CD8および/またはCD4T細胞)の状態を評価してもよい。特に、例えば、1つ以上のT細胞の状態に関連付けられた遺伝子または遺伝子の特徴に基づいてT細胞活性化および/または機能障害を決定してもよい。このように、c2c2を用いて、1つ以上の部分母集団のT細胞の存在を決定してもよい。 In some embodiments, C2c2 may be used to assess the status of immune cells, eg, T cells (eg, CD8 + and/or CD4 + T cells). In particular, T cell activation and/or dysfunction may be determined, for example, based on genes or genetic signatures associated with one or more T cell conditions. Thus, c2c2 may be used to determine the presence of T cells in one or more subpopulations.

態様によっては、C2c2を診断アッセイに用いてもよく、あるいは患者に免疫治療法または他の種類の治療を施すのが好適か否かを決定する方法として用いてもよい。例えば、遺伝子または生体指標特徴の検出は、c2c2によって行われて、患者が所与の治療に反応しているか否か、あるいはそれはT細胞機能障害によるものか否かを決定してもよい。そのような検出は、患者が受けられる最も適した治療の種類に関して有益である。例えば、患者が免疫治療法を受けるか否か。 In some embodiments, C2c2 may be used in diagnostic assays or as a method of determining whether a patient is suitable for immunotherapy or other types of treatment. For example, detection of genetic or biomarker features may be performed by c2c2 to determine whether a patient is responding to a given therapy or whether it is due to T cell dysfunction. Such detection is informative regarding the type of therapy that is most suitable for a patient to receive. For example, whether the patient will receive immunotherapy.

態様によっては、本明細書で開示されるシステムおよびアッセイにより、治療(例えば、養子細胞移入(ACT)治療)に対する患者の応答が細胞機能障害によるものか、その場合、生体指標の特徴に亘って上方調節および下方調節の量によって問題を処理することができるか否か、臨床医が同定することができる。例えば、ACTを受けている患者が反応しない場合、ACTの一部として投与された細胞を本明細書で開示されるアッセイによりアッセイして、細胞活性化および/または機能障害状態と関連付けられることが分かっている生体指標の特徴の発現の相対量を決定してもよい。特定の阻害受容体または分子がACT細胞で上方調節されている場合、患者をその受容体または分子の阻害剤で治療してもよい。特定の促進受容体または分子がACT細胞で下方調節されている場合、患者をその受容体または分子の作動薬で治療してもよい。 In some embodiments, the systems and assays disclosed herein determine whether a patient's response to therapy (e.g., adoptive cell transfer (ACT) therapy) is due to cellular dysfunction and, if so, across biomarker characteristics. The amount of up-regulation and down-regulation allows the clinician to identify whether the problem can be treated. For example, if a patient undergoing ACT does not respond, the cells administered as part of ACT can be assayed by assays disclosed herein to correlate with cell activation and/or dysfunctional states. A relative amount of expression of a known biomarker feature may be determined. If a particular inhibitory receptor or molecule is upregulated on ACT cells, the patient may be treated with an inhibitor of that receptor or molecule. If a particular stimulatory receptor or molecule is down-regulated in ACT cells, the patient may be treated with agonists of that receptor or molecule.

特定の例示的な実施形態では、本明細書で記載するシステム、方法、および装置を用いて、特定の細胞種、細胞表現型、または細胞の状態を同定する遺伝子の特徴を選別してもよい。同様に、圧縮センシングなどの方法を用いることで、本明細書で開示される実施形態を用いてトランスクリプトームを検出してもよい。いくつかの遺伝子の発現量が他の遺伝子の発現量を予測するように遺伝子発現データを高次に構造化する。遺伝子の発現データが高次に構造化されているという知見により、システムの自由度の数が小さくなると仮定することができる。これによって、相対的な遺伝子の豊富さの算出基礎が確実に疎になる。いくつかの生物学的に動機付けされた仮定をすることが可能であり、それによって遺伝子が相互作用していることについて何の特定の知識がなくてもアンダーサンプリングして、本出願人は非線形の相互作用関係を回復することができる。特に、本出願人が遺伝子の相互作用が低ランク、疎、またはこれらの組合せと仮定した場合、自由度の真の数が完全な組合せ拡張に対して小さい。これによって、本出願人は相対的小さい数の摂動を伴う完全な非線形ランドスケープを推測することができる。これら仮定によって、行列完成および圧縮センシングの分析理論を用いてアンダーサンプリングした組合せ摂動実験を設計してもよい。また、カーネル学習フレームワークを用いて、任意の個々の相互作用係数を直接学習せずに組合せ摂動の予測機能を構築することでアンダーサンプリングを採用してもよい。圧縮センシングは、包括的な遺伝子発現プロファイルを得るために検出対象の最少数の標的転写物を同定する方法を提供する。圧縮センシング法は、2016年10月27日に提出されたPCT/US2016/059230号(“Systems and Methods for Determining Relative Abundances of Biomolecules(バイオ分子の相対量を決定するシステムおよび方法)”)に開示されており、その内容を参照により本明細書に組み込む。圧縮センシングなどの方法を用いて最少の転写物標的の組を同定する場合、対応する1組のガイドRNAを設計して前記転写物を検出してもよい。従って、特定の例示的な実施形態では、細胞の遺伝子発現プロファイルを得る方法は、本明細書で開示される実施形態を用いて、1個の細胞または集団の細胞の遺伝子発現プロファイルを提供する最少の転写物の組を検出することを含む。

核酸がタグ付けされたものを検出する
In certain exemplary embodiments, the systems, methods, and devices described herein may be used to screen for genetic signatures that identify particular cell types, cell phenotypes, or cell states. . Similarly, the embodiments disclosed herein may be used to detect the transcriptome using methods such as compressed sensing. Gene expression data are highly structured such that the expression levels of some genes predict the expression levels of other genes. With the knowledge that gene expression data are highly structured, it can be assumed that the number of degrees of freedom of the system is reduced. This ensures a sparse basis for calculating relative gene abundance. It is possible to make some biologically motivated assumptions whereby undersampling without any specific knowledge of what the genes are interacting with, we propose a non-linear interaction relationship can be restored. In particular, if we assume that the gene interactions are low-rank, sparse, or a combination thereof, the true number of degrees of freedom is small for a perfect combinatorial extension. This allows us to infer a fully non-linear landscape with a relatively small number of perturbations. With these assumptions, we may design undersampled combinatorial perturbation experiments using analytical theory of matrix completion and compressed sensing. Undersampling may also be employed by building predictors of combinatorial perturbations without directly learning any individual interaction coefficients using a kernel learning framework. Compressive sensing provides a way to identify a minimal number of target transcripts to detect in order to obtain a comprehensive gene expression profile. Compressed sensing methods are disclosed in PCT/US2016/059230 (“Systems and Methods for Determining Relative Abundances of Biomolecules”) filed Oct. 27, 2016. , the contents of which are incorporated herein by reference. When methods such as compression sensing are used to identify a minimal set of transcript targets, a corresponding set of guide RNAs may be designed to detect said transcripts. Thus, in certain exemplary embodiments, a method of obtaining a gene expression profile of a cell, using the embodiments disclosed herein, provides a gene expression profile of a single cell or a population of cells. of the set of transcripts.

Detects tagged nucleic acids

あるいは、本明細書で記載する実施形態を用いて核酸識別子を検出してもよい。核酸識別子は、特定の項目を同定するのに用いてもよい非コード領域核酸である。例示的な核酸識別子(例えば、DNAウォーターマーク(watermark))は、Heider and Barnekow. “DNA watermarks: A proof of concept(DNAウォーターマーク:概念の実証)” BMC Molecular Biology 9:40 (2008)に記載されている。また、核酸識別子は核酸バーコードであってもよい。核酸系バーコードは、関連付けられる分子(例えば、標的分子および/または標的核酸)の識別子として用いられるヌクレオチドの短い配列(例えば、DNA、RNA、またはこれらの組合せ)である。核酸バーコードは、長さが少なくとも、例えば、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、60、70、80、90、または100ヌクレオチドであってもよく、一本鎖または二本鎖の形態であってもよい。1つ以上の核酸バーコードを標的分子および/または標的核酸に結合、すなわち「タグ付け」してもよい。この結合は、直接的(例えば、バーコードの標的分子への共有または非共有結合による結合)であってもよく、あるいは間接的(例えば、特定の結合因子(例えば抗体(あるいは他のタンパク質)など、追加の分子を介して)あるいはバーコード受容アダプター(または他の核酸分子)を介して)であってもよい。標的分子および/または標的核酸を組み合わせて(核酸バーコード鎖状中間体など)複数の核酸バーコードで標識してもよい。典型的には、核酸バーコードを用いて、特定の区画(例えば、個別の容積)に由来する、特定の物性(例えば、親和性、長さ、配列など)を持つ、あるいは特定の治療条件を被るものとして標的分子および/または標的核酸を同定する。標的分子および/または標的核酸は複数の核酸バーコードに関連付けられて、これらの特徴(およびそれ以上)のすべてについて情報を提供してもよい。核酸バーコードを生成する方法は、例えば、国際特許出願公開第WO/2014/047561に開示されている。

酵素
Alternatively, nucleic acid identifiers may be detected using embodiments described herein. A nucleic acid identifier is a non-coding region nucleic acid that may be used to identify a particular item. Exemplary nucleic acid identifiers (eg, DNA watermarks) are described in Heider and Barnekow. "DNA watermarks: A proof of concept," BMC Molecular Biology 9:40 (2008). It is Alternatively, the nucleic acid identifier may be a nucleic acid barcode. Nucleic acid-based barcodes are short sequences of nucleotides (eg, DNA, RNA, or combinations thereof) that are used as identifiers for associated molecules (eg, target molecules and/or target nucleic acids). Nucleic acid barcodes are at least in length, e.g. 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 nucleotides, in single- or double-stranded form may be One or more nucleic acid barcodes may be attached to, or "tagged", a target molecule and/or target nucleic acid. This binding may be direct (e.g., covalent or non-covalent binding of the barcode to the target molecule) or indirect (e.g., using a specific binding agent such as an antibody (or other protein), etc.). , via an additional molecule) or via a barcode-receptive adapter (or other nucleic acid molecule). Target molecules and/or target nucleic acids may be labeled with multiple nucleic acid barcodes in combination (such as nucleic acid barcode concatenated intermediates). Nucleic acid barcodes are typically used to indicate that they are derived from specific compartments (e.g., discrete volumes), have specific physical properties (e.g., affinity, length, sequence, etc.), or have specific therapeutic conditions. A target molecule and/or target nucleic acid is identified as subject. A target molecule and/or target nucleic acid may be associated with multiple nucleic acid barcodes to provide information on all of these characteristics (and more). Methods of generating nucleic acid barcodes are disclosed, for example, in International Patent Application Publication No. WO/2014/047561.

enzyme

本願は、RNA切断および検出という異なる用途に特に好適な強固な活性を示すC2c2の相同分子種をさらに提供する。これらの用途は本明細書で記載する用途を含むが、これらに限定されない。より特定には、試験された他のものよりも強い活性を持つことが示された相同分子種は、生物レプトトリキア・ウェイディイ(LwC2c2)から同定されたC2c2相同分子種である。従って、本願は、対象の標的座位を修飾する方法を提供する。前記方法は、C2c2エフェクタータンパク質、特に本明細書で記載されたように活性が高められたC2c2エフェクタータンパク質、および1種以上の核酸成分を含む天然に存在しない、すなわち遺伝子操作された組成物を前記座位に送達することを含む。ここで、少なくとも前記1種以上の核酸成分は遺伝子操作されており、複合体を対象の標的に向ける。前記エフェクタータンパク質は前記1種以上の核酸成分と複合体を形成し、前記複合体は対象の標的座位に結合している。特定の実施形態では、対象の標的座位はRNAを含む。本願は、RNA配列に特異的な干渉、RNA配列に特異的な遺伝子調節、RNAまたはRNA生成物、lincRNA、非コード領域RNA、核内RNA、またはmRNAの選別、突然変異生成、蛍光その場ハイブリダイゼーション、あるいは繁殖における、活性が高められたCc2エフェクタータンパク質の使用をさらに提供する。 The present application further provides orthologues of C2c2 that exhibit robust activity that are particularly suitable for different applications of RNA cleavage and detection. These uses include, but are not limited to, those described herein. More particularly, the orthologue shown to have stronger activity than others tested is the C2c2 orthologue identified from the organism Leptotorichia weedii (LwC2c2). Accordingly, the present application provides methods of modifying a target locus of interest. Said method comprises producing a non-naturally occurring or genetically engineered composition comprising a C2c2 effector protein, particularly a C2c2 effector protein with enhanced activity as described herein, and one or more nucleic acid components. Including delivering to a sitting position. Here, at least said one or more nucleic acid moieties are genetically engineered to direct the complex to a target of interest. The effector protein forms a complex with the one or more nucleic acid moieties, and the complex binds to the target locus of interest. In certain embodiments, the target locus of interest comprises RNA. The present application relates to RNA sequence-specific interference, RNA sequence-specific gene regulation, screening of RNA or RNA products, lincRNA, non-coding region RNA, nuclear RNA, or mRNA, mutagenesis, fluorescent in situ Further provided is the use of the Cc2 effector protein with enhanced activity in hybridization or propagation.

本明細書で開示される実施形態はまた、側流アッセイを用いて行われてもよい。そのようなアッセイは米国特許仮特許出願第62/568,309;62/610,144号および62/623,529号、およびGootenberg et al. (Science doi:10.1126/science.aaq0179(2018))に開示されている。 Embodiments disclosed herein may also be performed using a lateral flow assay. Such assays are described in U.S. Provisional Patent Application Nos. 62/568,309; 62/610,144 and 62/623,529, and Gootenberg et al. disclosed.

さらに、本発明の実施形態は、以下の番号付けした段落に記載される。
1.エフェクタータンパク質および対応する標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系;および
RNA系マスキング構築物を含む、核酸検出システム。
2.エフェクタータンパク質、トリガーRNAに結合するように設計された1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系;
RNA系マスキング構築物;および
マスクされたRNAポリメラーゼプロモーター結合部位またはマスクされたプライマー結合部位を含む1種以上の検出アプタマー含む、ポリペプチド検出システム。
3.核酸増幅試薬をさらに含む、段落1または2のシステム。
4.前記標的分子は標的DNAであり、前記システムは標的DNAに結合し、RNAポリメラーゼプロモーターを含むプライマーをさらに含む、段落1のシステム。
5.前記CRISPR系エフェクタータンパク質はRNA標的エフェクタータンパク質である、段落1~4の何れか一項に記載のシステム。
6.前記RNA標的エフェクタータンパク質は1つ以上のHEPNドメインを含む、段落5のシステム。
7.前記1つ以上のHEPNドメインはRxxxxHモチーフ配列を含む、段落6のシステム。
8.前記RxxxHモチーフはR{N/H/K]X1X2X3H配列を含む、段落7のシステム。
9.X1はR、S、D、E、Q、N、G、またはYであり、X2は独立してI、S、T、V、またはLであり、X3は独立してL,F、N、Y、V、I、S、D、E、またはAである、段落8のシステム。
10.前記CRISPR RNA標的エフェクタータンパク質はC2c2である、段落1~9の何れか一項に記載のシステム。
11.前記CRISPR RNA標的エフェクタータンパク質はC2c2である、段落6のシステム。
12.前記C2c2は20kbのCas1遺伝子である、段落11のシステム。
13.前記C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア、リステリア、コリネバクター、サッテレーラ、レジオネラ、トレポネーマ、フィリファクター、ユウバクテリウム、ストレプトコッカス、乳酸桿菌、マイコプラズマ、バクテロイデス、フラビイボラ、フラボバクテリウム、スフェロケタ、アゾスピリルム、グルコナセトバクター、ナイセリア、ロゼブリア、パルビバクラム、スタフィロコッカス、ニトラチフラクター、マイコプラズマ、カンピロバクター、およびラクノスピラからなる群より選択される属の生物に由来する、段落12のシステム。
14.前記C2c2エフェクタータンパク質は、レプトトリキア・シャーイイ;レプトトリキア・ウェイディイ(Lw2);リステリア・シーリゲリ;ラクノスピラ科細菌MA2020;ラクノスピラ科細菌NK4A179;[クロストリジウム属]アミノフィラムDSM 10710;カーノバクテリウム・ガリナルムDSM 4847;カーノバクテリウム・ガリナルムDSM 4847(第二のCRISPR座位);パルディバクター・プロピオニシゲネスWB4;リステリア・ウェイヘンステファネンシスFSL R9-0317;リステリア科細菌FSL M6-0635;レプトトリキア・ウェイディイF0279;ロドバクター・カプスラータSB 1003;ロドバクター・カプスラータR121;ロドバクター・カプスラータDE442;レプトトリキア・ブッカーリスC-1013-b;ヘルビニックス・ヘミセルロシリィティカ;[ユウバクテリウム]レクターレ;ユーバクテリウム科細菌CHKCI004;ブラウティア・マルセイユ-P2398種;およびレプトトリキア・オーラルタクソン879種F0557株からなる群より選択される生物由来である、段落13のシステム。さらに12個の非限定的な例として、ラクノスピラ科細菌NK4A144;クロロフレクサス・アグレガンス;デメキナ・アウランティアカ;タラソスピラTSL5-1種;シュードブチリビブリオOR37種;ブチリビブリオYAB3001種;ブラウティア・マルセイユ-P2398;レプトトリキア・マルセイユ-P3007種;バクテロイデス・イフアエ;ポリフィロモナス科細菌KH3CP3RA;リステリア・リパリア;およびインソリティスピリルム・ペレグリヌムがある。
15.前記C2c2エフェクタータンパク質は、L.ウェイディイF0279またはL.ウェイディイF0279(Lw2)C2c2エフェクタータンパク質である、段落14のシステム。
16.前記RNA系マスキング構築物は検出可能な陽性信号の生成を抑制する、段落1~15の何れか一項に記載のシステム。
17.前記RNA系マスキング構築物は、前記検出可能な陽性信号をマスキングするか、あるいはその代わりに検出可能な陰性信号を生成することで検出可能な陽性信号の生成を抑制する、段落16のシステム。
18.前記RNA系マスキング構築物は、レポート構築物によってコードされる遺伝子産物の生成を抑制するサイレンシングRNAを含み、前記遺伝子産物は発現すると検出可能な陽性信号を生成する、段落16のシステム。
19.前記RNA系マスキング構築物は、前記検出可能な陰性信号を生成するリボザイムであり、前記検出可能な陽性信号は前記リボザイムが失活すると生成される、段落16のシステム。
20.前記リボザイムは基質を第一の色に変換し、前記基質は前記リボザイムが失活すると第二の色に変わる、段落19のシステム。
21.前記RNA系マスキング因子はRNAアプタマーであり、かつ/またはRNA結合阻害剤である、段落16のシステム。
22.前記アプタマーまたはRNA結合阻害剤は酵素を隔離し、基質に作用することで前記酵素は前記アプタマーまたはRNA結合阻害剤から放出される際に検出可能な信号を生成する、段落21のシステム。
23.前記アプタマーは、酵素を阻害して、前記酵素が基質からの検出可能な信号の生成を触媒することを防ぐ阻害性アプタマーであり、前記RNA結合阻害剤は酵素を阻害して、前記酵素が基質からの検出可能な信号の生成を触媒することを防ぐ、段落21のシステム。
24.前記酵素はトロンビン、セイヨウワサビペルオキシダーゼ、β-ガラクトシダーゼ、または仔ウシアルカリホスファターゼである、段落23のシステム。
25.前記酵素はトロンビンであり、前記基質はトロンビンに対してペプチド基質に共有結合したパラニトロアニリドであるか、トロンビンに対してペプチド基質に共有結合した7-アミノ-4-メチルクマリンである、段落24のシステム。
26.前記アプタマーは、前記アプタマーから放出されると結合して検出可能な信号を生成する1対の因子を隔離する、段落21のシステム。
27.前記RNA系マスキング構築物は、検出可能なリガンドおよびマスキング成分が付加されるRNAオリゴヌクレオチドを含む、段落16のシステム。
28.前記RNA系マスキング構築物は架橋分子によって凝集体中で保持されるナノ粒子を含み、前記架橋分子の少なくとも一部はRNAを含み、前記溶液は前記ナノ粒子が溶液中で分配されると色が変化する、段落16のシステム。
29.前記ナノ粒子はコロイド金属である、段落28のシステム。
30.前記コロイド金属はコロイド金である、段落29のシステム。
31.前記RNA系マスキング構築物は、結合分子によって1つ以上の消光分子に結合されて量子ドットを含み、前記結合分子の少なくとも一部はRNAを含む、段落16のシステム。
32.前記RNA系マスキング構築物は、挿入剤と複合したRNAを含み、前記挿入剤は前記RNAが切断されると吸光度が変化する、段落16のシステム。
33.前記挿入剤はピロニン-Yまたはメチレンブルーである、段落32のシステム。
34.前記検出可能なリガンドは蛍光色素分子であり、前記マスキング成分は消光分子である、段落16のシステム。
35.前記マスキング構築物は、グアニン四重鎖形成配列に結合するように設計されたRNAオリゴヌクレオチドを含み、グアニン四重鎖構造は前記マスキング構築物が切断されると前記グアニン四重鎖形成配列によって形成され検出可能な陽性信号を生成する、段落16のシステム。
36.対応する標的分子に結合するように設計された前記1種以上のガイドRNAは、合成による不一致を含む、段落1~35の何れか一項に記載のシステム。
37.前記不一致は前記標的分子のSNPまたは他の一塩基多様性の上流または下流にある、段落36に記載のシステム。
38.前記ガイドRNAの合成による不一致または一塩基多様性は前記スペーサーの位置3、4、5、または6、好ましくは位置3にある、段落36または37の検出システム。
39.前記ガイドRNAの合成による不一致は、前記スペーサーの位置1、2、3、4、5、6、7、8、または9、好ましくは位置5にある、段落36~38の何れか一項に記載の検出システム。
40.前記合成による不一致は、前記ガイドRNAのSNPまたは他の一塩基多様性の1、2、3、4、または5ヌクレオチド、好ましくは2ヌクレオチド上流または下流にある、段落36~39の何れか一項に記載の検出システム。
41.前記ガイドRNAは、野生型スペーサーに対して切断されたスペーサーを含む、段落36~40の何れか一項に記載の検出システム。
42.前記ガイドRNAは、28未満のヌクレオチド、好ましくは20~27ヌクレオチド(その範囲の両端を含む)を含むスペーサーを含む、段落41の検出システム。
43.ガイドRNAは、20~25ヌクレオチドまたは20~23ヌクレオチド、好ましくは20または23ヌクレオチドからなるスペーサーを含む、段落42の検出システム。
44.前記1種以上のガイドRNAは、標的RNAまたはDNAの一塩基多型を検出する、あるいはRNA転写物の多様体をスプライシングするように設計されている、段落1~43の何れか一項に記載の検出システム。
45.試料中のウイルスを検出する方法であって、
段落1~44の何れか一項に記載のCRISPR系を含む1つ以上の個別の容積に1つの試料または1組の試料を分配すること;
前記1種以上のガイドRNAが1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で前記試料または前記1組の試料をインキュベートすること;
前記1種以上のガイドRNAの1種以上の標的分子への結合によりCRISPRエフェクタータンパク質を活性化させること(ここで、CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるようにRNA系マスキング構築物が修飾される);および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は前記試料中に1種以上のウイルスが存在することを示す)を含む、方法。
46.前記試料は2種類以上のウイルスを含み、前記方法は前記2種類以上のウイルスを区別する、段落45の方法。
47.前記ガイドRNAは前記1種以上のウイルスの一塩基多様体を検出する、段落45または46の方法。
48.前記ガイドRNAは、1つ以上の合成による不一致を含む、段落47の方法。
49.前記1つ以上のCRISPR系のガイドRNAは、それぞれ1組のウイルス中のウイルスおよび/またはウイルス株を検出する汎用ウイルスガイドRNAの組を含む、段落45~47の何れか一項に記載の方法。
50.前記ガイドRNAは集合被覆法を用いて生成される、段落49の方法。
51.ウイルスを検出する方法であって、
段落1~36の何れか一項に記載のCRISPR系を試料に曝すこと;
前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上の微生物に特異的な標的RNAまたは1種以上のトリガーRNAに結合させることで検出可能な陽性信号が生成されるように前記RNAエフェクタータンパク質を活性化すること;および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は前記試料中に1種以上のウイルスが存在することを示す)を含む、方法。
52.前記CRISPR系は基質の表面にあり、前記基質は前記試料に曝されている、段落51の方法。
53.同じまたは異なるCRISPR系が前記基質の複数の個別の位置に塗布される、段落52の方法。
54.同じまたは異なるCRISPR系が前記基質の複数の個別の位置に塗布される、段落53の方法。
55.前記基質は柔軟性材料の基質である、段落52~54の何れか一項に記載の方法。
56.前記柔軟性材料の基質は紙の基質、布の基質、または柔軟性重合体の基質である、段落55の方法。
57.前記異なるCRISPR系はそれぞれの位置で異なる微生物を検出する、段落54の方法。
58.前記基質は、採取する流体に前記基質を一時的に浸す、試験する流体を前記基質に塗布する、あるいは試験する表面を前記基質と接触させることにより受動的に前記試料に曝される、段落55の方法。
59.前記試料は生物学的試料または環境試料である、段落58の方法。
60.前記環境試料は、食品試料、飲料試料、紙の表面、布の表面、金属の表面、木材の表面、プラスチックの表面、土壌試料、淡水試料、排水試料、生理食塩水試料、大気または他の気体試料に曝したもの、またはそれらの組合せから得られる、段落59の方法。
61.前記生体試料は、組織試料、唾液、血液、血漿、血清、糞便、尿、唾液、粘液、リンパ液、滑液、脳脊髄液、腹水、胸水、血清腫、膿、あるいは皮膚または粘膜表面の拭い液から得られる、段落59の方法。
62.前記環境試料または生体試料は生の試料であり、かつ/または前記1種以上の標的分子は前記方法を適用する前に前記試料から精製または増幅されていない、段落59~61の何れか一項に記載の方法。
63.ウイルス性疾患の大流行および/または進行を監視する方法であって、
段落1~36の何れか一項に記載のCRISPR系を試料に曝すこと;
検出可能な陽性信号が生成されるように非同義ウイルス変異を含む1種以上の標的分子に前記1種以上のガイドRNAを結合させることによりRNAエフェクタータンパク質を活性化させること;および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は、前記試料中に存在するウイルスの種類を示す)を含む、方法。
64.前記CRISPR系を曝すことは、1種以上のCRISPR系を1つ以上の個別の容積内に配置すること、および試料または試料の一部を前記1つ以上の個別の容積に加えることを含む、段落63の方法。
65.ウイルス抗原および/またはウイルスに特異的な抗体について試料を選別する方法であって、
段落2~36の何れか一項のCRISPR系を試料に曝すこと(ここで、前記1種以上のアプタマーは1種以上のウイルス抗原または1種以上のウイルスに特異的な抗体に結合し、前記アプタマーは、前記1種以上のアプタマーが結合する前記1種以上のウイルス抗原または1種以上のウイルスに特異的な抗体を同定するバーコードをコードし、前記ガイドRNAは前記バーコードを検出するように設計されている);
前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上の微生物に特異的な標的RNAまたは1種以上のトリガーRNAに結合させることで検出可能な陽性信号が生成されるように前記RNAエフェクタータンパク質を活性化すること;および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は、前記試料中に1種以上のウイルス抗原または1種以上のウイルスに特異的な抗体が存在することを示す)ことを含む、方法。
66.前記ウイルスはDNAウイルスである、段落45~65の何れか一項に記載の方法。
67.前記DNAウイルスは、マイオウイルス科、ポドウイルス科、サイフォウイルス科、アロヘルペスウイルス科、ヘルペスウイルス科(ヒトヘルペスウイルス、および水痘帯状疱疹ウイルスを含む)、マロコヘルペスウイルス科、リポスリクスウイルス科,ルディウイルス科、アデノウイルス科、アンプラウイルス、アスコウイルス科、アスファウイルス科(アフリカ豚コレラウイルスを含む)、バキュロウイルス科、シカウダウイルス科(Cicaudaviridae)、クラバウイルス科(Clavaviridae)、コルチコウイルス科(Corticoviridae)、フセロウイルス科、ロブロウイルス科、グッタウイルス科、ヒトロサウイルス科、イリドウイルス科、マセイレウイルス科(Maseilleviridae)、ミミウイルス科、ヌディウイルス科、ニマウイルス科、パンドラウイルス科、パピローマウイルス科、フィコドナウイルス科、プラズマウイルス科、ポリドナウイルス科、ポリオーマウイルス科(シミアンウイルス40、JCウイルス、BKウイルスを含む)、ポックスウイルス科(牛痘および天然痘を含む)、スファエロリポウイルス科(Sphaerolipoviridae)、テクティウイルス科、ツリウイルス科(Turriviridae)、ディノドナウイルス(Dinodnavirus)、サルテロプロウイルス(Salterprovirus)、リジドウイルス(Rhizidovirus)、またはこれらの組合せである、段落66の方法。
68.前記ウイルス感染は二本鎖RNAウイルス、プラス鎖RNAウイルス、マイナス鎖RNAウイルス、レトロウイルス、またはこれらの組合せによって生じる、段落45~65の何れか一項に記載の方法。
69.前記ウイルスはコロナウイルス科ウイルス、ピコルナウイルス科ウイルス、カリシウイルス科ウイルス、フラビウイルス科ウイルス、トガウイルス科ウイルス、ボルナウイルス科、フィロウイルス科、パラミクソウイルス科、ニューモウイルス亜科、ラブドウイルス科、アレナウイルス科、ブニヤウイルス科、オルトミクソウイルス科、またはデルタウイルスである、段落68の方法。
70.前記ウイルスはコロナウイルス、SARS、ポリオウイルス、ライノウイルス、A型肝炎、ノーウォークウイルス、黄熱ウイルス、西ナイルウイルス、C型肝炎ウイルス、デング熱ウイルス、ジカウイルス、風疹ウイルス、ロスリバーウイルス、シンドビスウイルス、チクングニアウイルス、ボルナ病ウイルス、エボラウイルス、マールブルウイルス、麻疹ウイルス、ムンプスウイルス、ニパウイルス、ヘンドラウイルス、ニューカッスル病ウイルス、ヒト呼吸器多核体ウイルス、狂犬病ウイルス、ラッサウイルス、ハンタウイルス、クリミア・コンゴ出血熱ウイルス、インフルエンザ、またはD型肝炎ウイルスである、段落68の方法。
71.試料中の1種以上の微生物を検出する方法であって、
試料を段落1~44の何れかによる核酸検出システムに接触させること;および
前記接触させた試料を側流免疫クロマトグラフアッセイにかけることを含む、方法。
72.前記核酸検出システムは、第一の分子および第二の分子を含むRNA系マスキング構築物を含み、前記側流免疫クロマトグラフアッセイは、好ましくは横型フローストリップ表面の個別の検出部位で前記第一の分子および第二の分子を検出することを含む、段落71による方法。
73.前記第一の分子および前記第二の分子は、前記第一または第二の分子を認識する抗体に結合することで検出され、前記結合分子を好ましくはサンドイッチ抗体により検出する、段落72による方法。
74.前記横型フローストリップは、前記第一の分子に向けられた上流の第一の抗体、および前記第二の分子に向けられた下流の第二の抗体を含み、前記標的核酸が前記試料中に存在しない場合は未切断のRNA系マスキング構築物が前記第一の抗体と結合し、前記標的核酸が前記試料中に存在する場合は切断されたRNA系マスキング構築物が前記第一の抗体と前記第二の抗体に結合する、段落72または73による方法。
75.ウイルスを検出する方法であって、
試料を対象者から得ること(ここで、前記試料は尿、血清、血液、または唾液である);
前記試料RNAを増幅すること;
前記試料を、エフェクタータンパク質、対応するウイルスに特異的な標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNA、およびRNA系マスキング構築物と混合すること;
前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上のウイルスに特異的な標的分子に結合させることで前記RNAエフェクタータンパク質を活性化すること(ここで、前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるように前記RNA系マスキング構築物が修飾される);および
前記信号を検出すること(ここで、前記信号の検出は前記ウイルスが存在することを示す)ことを含み、
前記方法は、前記試料からRNAを抽出する工程を含まない、方法。
76.前記増幅工程は、2時間、1時間、30分間、20分間、および10分間からなる群より選択される継続時間である、段落75の方法。
77.前記検出工程は、3時間、2時間、1時間、30分間、20分間、および10分間からなる群より選択される継続時間である、段落75の方法。
78.検出に必要な試料の容積は100μl~1μlである、段落75の方法。
79.前記ウイルスはジカウイルスである、段落75の方法。
80.前記試料は2種類以上のウイルスを含み、前記2種類以上のウイルスを区別する、段落75の方法。
81.前記RNA系マスキング構築物は含む、段落75の方法。
[実施例]
実施例1 一般試験規約
Further embodiments of the invention are described in the following numbered paragraphs.
1. A nucleic acid detection system comprising a CRISPR system comprising one or more guide RNAs designed to bind to an effector protein and a corresponding target molecule; and an RNA-based masking construct.
2. a CRISPR system comprising one or more guide RNAs designed to bind to effector proteins, trigger RNAs;
A polypeptide detection system comprising an RNA-based masking construct; and one or more detection aptamers comprising a masked RNA polymerase promoter binding site or a masked primer binding site.
3. The system of paragraphs 1 or 2, further comprising nucleic acid amplification reagents.
4. The system of paragraph 1, wherein said target molecule is target DNA, said system further comprising a primer that binds to target DNA and comprises an RNA polymerase promoter.
5. The system of any one of paragraphs 1-4, wherein the CRISPR system effector protein is an RNA target effector protein.
6. 6. The system of paragraph 5, wherein said RNA target effector protein comprises one or more HEPN domains.
7. 7. The system of paragraph 6, wherein said one or more HEPN domains comprise a RxxxxH motif sequence.
8. The system of paragraph 7, wherein said RxxxH motif comprises a R{N/H/K]X1X2X3H sequence.
9. X1 is R, S, D, E, Q, N, G, or Y; X2 is independently I, S, T, V, or L; X3 is independently L, F, N, 9. The system of paragraph 8 that is Y, V, I, S, D, E, or A.
10. 10. The system of any one of paragraphs 1-9, wherein the CRISPR RNA target effector protein is C2c2.
11. 7. The system of paragraph 6, wherein said CRISPR RNA target effector protein is C2c2.
12. 12. The system of paragraph 11, wherein said C2c2 is a 20 kb Casl gene.
13. The C2c2 effector protein is Leptotrichia, Listeria, Corynebacter, Satterella, Legionella, Treponema, Filifactor, Eubacterium, Streptococcus, Lactobacillus, Mycoplasma, Bacteroides, Flaviibola, Flavobacterium, Sphaerocheta, Azospirillum, Gluconacetobacter, Neisseria, 13. The system of paragraph 12, derived from an organism of a genus selected from the group consisting of Rosebria, Parvivacrum, Staphylococcus, Nitratifructor, Mycoplasma, Campylobacter, and Lachnospira.
14. Leptotrichia weedii (Lw2); Listeria seerigeri; Lachnospiraceae MA2020; Lachnospiraceae NK4A179; [Clostridium] Aminophyllum DSM 10710; Gallinarum DSM 4847 (second CRISPR locus); Pardibacter propionisigenes WB4; Listeria weihenstephanensis FSL R9-0317; Listeriaceae FSL M6-0635; 1003; Rhodobacter capsulata R121; Rhodobacter capsulata DE442; and Leptotorichia oral taxon 879 species F0557 strain. Chloroflexus agregans; Demechina aurantiaca; Thalassospira sp. TSL5-1; Pseudobutyrivibrio OR37; Bacteroides ifae; Polyphyromonasaceae KH3CP3RA; Listeria liparia; and Insolitisspirillum peregrinum.
15. The C2c2 effector protein is L. Weedy F0279 or L.I. 15. The system of paragraph 14, which is Weidy F0279(Lw2) C2c2 effector protein.
16. 16. The system of any one of paragraphs 1-15, wherein said RNA-based masking construct suppresses production of a detectable positive signal.
17. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking construct inhibits production of a detectable positive signal by masking said detectable positive signal or alternatively producing a detectable negative signal.
18. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking construct comprises a silencing RNA that inhibits production of a gene product encoded by the reporting construct, said gene product producing a detectable positive signal upon expression.
19. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking construct is a ribozyme that produces said detectable negative signal, and said detectable positive signal is produced upon inactivation of said ribozyme.
20. 20. The system of paragraph 19, wherein said ribozyme converts a substrate to a first color and said substrate changes to a second color upon inactivation of said ribozyme.
21. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking factor is an RNA aptamer and/or an RNA binding inhibitor.
22. 22. The system of paragraph 21, wherein said aptamer or RNA binding inhibitor sequesters an enzyme and upon acting on a substrate said enzyme produces a detectable signal upon release from said aptamer or RNA binding inhibitor.
23. Said aptamer is an inhibitory aptamer that inhibits an enzyme to prevent said enzyme from catalyzing the production of a detectable signal from a substrate, said RNA binding inhibitor inhibits an enzyme such that said enzyme is a substrate 22. The system of paragraph 21, preventing catalyzing the production of a detectable signal from.
24. 24. The system of paragraph 23, wherein the enzyme is thrombin, horseradish peroxidase, β-galactosidase, or calf alkaline phosphatase.
25. said enzyme is thrombin and said substrate is paranitroanilide covalently linked to a peptide substrate for thrombin or 7-amino-4-methylcoumarin covalently linked to a peptide substrate for thrombin, paragraph 24 system.
26. 22. The system of paragraph 21, wherein said aptamer sequesters a pair of agents that bind to produce a detectable signal upon release from said aptamer.
27. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking construct comprises an RNA oligonucleotide to which a detectable ligand and masking moiety are attached.
28. The RNA-based masking construct comprises nanoparticles held in aggregate by bridging molecules, at least a portion of the bridging molecules comprising RNA, and the solution changes color as the nanoparticles are distributed in solution. , the system of paragraph 16.
29. 29. The system of paragraph 28, wherein said nanoparticles are colloidal metals.
30. 30. The system of paragraph 29, wherein said colloidal metal is colloidal gold.
31. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking construct comprises quantum dots bound to one or more quenching molecules by binding molecules, at least a portion of said binding molecules comprising RNA.
32. 17. The system of paragraph 16, wherein said RNA-based masking construct comprises RNA complexed with an intercalating agent, said intercalating agent changing absorbance when said RNA is cleaved.
33. 33. The system of paragraph 32, wherein said intercalating agent is pyronine-Y or methylene blue.
34. 17. The system of paragraph 16, wherein said detectable ligand is a fluorophore and said masking moiety is a quencher molecule.
35. The masking construct comprises an RNA oligonucleotide designed to bind to a guanine quadruplex forming sequence, a guanine quadruplex structure being formed by the guanine quadruplex forming sequence upon cleavage of the masking construct for detection. 17. The system of paragraph 16, producing a possible positive signal.
36. 36. The system of any one of paragraphs 1-35, wherein the one or more guide RNAs designed to bind to corresponding target molecules comprise synthetic mismatches.
37. 37. The system of paragraph 36, wherein said mismatch is upstream or downstream of a SNP or other single nucleotide diversity of said target molecule.
38. 38. The detection system of paragraphs 36 or 37, wherein the synthetic mismatch or single nucleotide diversity of said guide RNA is at position 3, 4, 5 or 6, preferably position 3, of said spacer.
39. 39. Any one of paragraphs 36-38, wherein the synthetic mismatch of the guide RNA is at position 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9, preferably at position 5, of the spacer. detection system.
40. 40. Any one of paragraphs 36-39, wherein said synthetic mismatch is 1, 2, 3, 4 or 5 nucleotides, preferably 2 nucleotides upstream or downstream of a SNP or other single nucleotide diversity of said guide RNA. The detection system described in .
41. 41. The detection system of any one of paragraphs 36-40, wherein the guide RNA comprises a spacer truncated relative to the wild-type spacer.
42. 42. The detection system of paragraph 41, wherein said guide RNA comprises a spacer comprising less than 28 nucleotides, preferably 20-27 nucleotides, inclusive.
43. 43. The detection system of paragraph 42, wherein the guide RNA comprises a spacer consisting of 20-25 nucleotides or 20-23 nucleotides, preferably 20 or 23 nucleotides.
44. 44. The method of any one of paragraphs 1-43, wherein the one or more guide RNAs are designed to detect single nucleotide polymorphisms in target RNA or DNA or to splice variants in RNA transcripts. detection system.
45. A method of detecting a virus in a sample, comprising:
distributing a sample or set of samples into one or more discrete volumes comprising the CRISPR system of any one of paragraphs 1-44;
incubating said sample or said set of samples under conditions sufficient to allow said one or more guide RNAs to bind to one or more target molecules;
activating a CRISPR effector protein by binding of said one or more guide RNAs to one or more target molecules, wherein activation of the CRISPR effector protein produces a detectable positive signal; RNA-based masking construct is modified); and detecting said detectable positive signal, wherein detection of said detectable positive signal indicates the presence of one or more viruses in said sample. A method, including
46. 46. The method of paragraph 45, wherein said sample comprises two or more viruses and said method distinguishes between said two or more viruses.
47. 47. The method of paragraphs 45 or 46, wherein said guide RNA detects single nucleotide variants of said one or more viruses.
48. 48. The method of paragraph 47, wherein said guide RNA comprises one or more synthetic mismatches.
49. 48. The method of any one of paragraphs 45-47, wherein the one or more CRISPR-based guide RNAs each comprise a set of universal viral guide RNAs that detect viruses and/or virus strains in a set of viruses. .
50. 50. The method of paragraph 49, wherein said guide RNA is generated using a population coverage method.
51. A method of detecting a virus, comprising:
exposing the CRISPR system of any one of paragraphs 1-36 to a sample;
binding of said one or more guide RNAs to said one or more microorganism-specific target RNAs or one or more trigger RNAs activates said RNA effector proteins such that a detectable positive signal is produced; and detecting said detectable positive signal, wherein detection of said detectable positive signal indicates the presence of one or more viruses in said sample.
52. 52. The method of paragraph 51, wherein said CRISPR system is on the surface of a substrate and said substrate is exposed to said sample.
53. 53. The method of paragraph 52, wherein the same or different CRISPR systems are applied to a plurality of discrete locations on said substrate.
54. 54. The method of paragraph 53, wherein the same or different CRISPR systems are applied to a plurality of discrete locations on said substrate.
55. 55. The method of any one of paragraphs 52-54, wherein the substrate is a substrate of flexible material.
56. 56. The method of paragraph 55, wherein the flexible material substrate is a paper substrate, a cloth substrate, or a flexible polymer substrate.
57. 55. The method of paragraph 54, wherein said different CRISPR systems detect different microorganisms at each location.
58. The substrate is passively exposed to the sample by temporarily immersing the substrate in the fluid to be collected, applying the fluid to be tested to the substrate, or contacting the surface to be tested with the substrate, paragraph 55 the method of.
59. 59. The method of paragraph 58, wherein said sample is a biological or environmental sample.
60. Said environmental samples include food samples, beverage samples, paper surfaces, cloth surfaces, metal surfaces, wood surfaces, plastic surfaces, soil samples, fresh water samples, waste water samples, saline samples, air or other gases. 60. The method of paragraph 59 obtained from sample exposure, or a combination thereof.
61. The biological sample may be a tissue sample, saliva, blood, plasma, serum, feces, urine, saliva, mucus, lymph, synovial fluid, cerebrospinal fluid, ascites, pleural effusion, seroma, pus, or swab of skin or mucosal surface. 59. The method of paragraph 59 obtained from
62. 62. Any one of paragraphs 59-61, wherein said environmental or biological sample is a raw sample and/or said one or more target molecules have not been purified or amplified from said sample prior to applying said method. The method described in .
63. A method of monitoring viral disease outbreaks and/or progression, comprising:
exposing the CRISPR system of any one of paragraphs 1-36 to a sample;
activating RNA effector proteins by binding said one or more guide RNAs to one or more target molecules comprising non-synonymous viral mutations such that a detectable positive signal is produced; and said detectable A method comprising detecting a positive signal, wherein detection of said detectable positive signal is indicative of the type of virus present in said sample.
64. exposing the CRISPR system comprises placing one or more CRISPR systems in one or more discrete volumes and adding a sample or portion of a sample to the one or more discrete volumes; The method of paragraph 63.
65. A method of screening a sample for viral antigens and/or virus-specific antibodies, comprising:
exposing the CRISPR system of any one of paragraphs 2-36 to a sample, wherein said one or more aptamers bind to one or more viral antigens or one or more virus-specific antibodies; The aptamers encode barcodes that identify the one or more viral antigens or the one or more virus-specific antibodies to which the one or more aptamers bind, and the guide RNA is adapted to detect the barcodes. designed for);
binding of said one or more guide RNAs to said one or more microorganism-specific target RNAs or one or more trigger RNAs activates said RNA effector proteins such that a detectable positive signal is produced; and detecting said detectable positive signal, wherein said detectable positive signal is detected in said sample by the presence of one or more viral antigens or one or more virus-specific antibodies. present).
66. 66. The method of any one of paragraphs 45-65, wherein the virus is a DNA virus.
67. The DNA viruses include Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae, Alloherpesviridae, Herpesviridae (including human herpesvirus and varicella-zoster virus), Marocoherpesviridae, Lipothrixviridae, Rudivirus. Adenoviridae, Amplaviruses, Ascoviridae, Asphaviridae (including African swine fever virus), Baculoviridae, Cicaudaviridae, Clavaviridae, Corticoviridae ), Fuceroviridae, Robroviridae, Guttaviridae, Humanrosaviridae, Iridoviridae, Maseilleviridae, Mimiviridae, Nudiviridae, Nimaviridae, Pandoraviridae, Papillomaviridae, Phycodnaviridae, Plasviridae, Polydnaviridae, Polyomaviridae (including Simian virus 40, JC virus, BK virus), Poxviridae (including cowpox and smallpox), Sphaerolipoviridae ( Sphaerolipoviridae, Tectiviridae, Turriviridae, Dinodnavirus, Salterprovirus, Rhizidovirus, or a combination thereof.
68. 66. The method of any one of paragraphs 45-65, wherein said viral infection is caused by a double-stranded RNA virus, a positive-stranded RNA virus, a negative-stranded RNA virus, a retrovirus, or a combination thereof.
69. Said viruses are Coronaviridae, Picornaviridae, Caliciviridae, Flaviviridae, Togaviridae, Bornaviridae, Filoviridae, Paramyxoviridae, Pneumoviridae, Rhabdoviridae , Arenaviridae, Bunyaviridae, Orthomyxoviridae, or Deltavirus.
70. Said viruses are coronavirus, SARS, poliovirus, rhinovirus, hepatitis A, Norwalk virus, yellow fever virus, West Nile virus, hepatitis C virus, dengue virus, Zika virus, rubella virus, Ross River virus, Sindbis Viruses, Chikungunya virus, Borna virus, Ebola virus, Marble virus, Measles virus, Mumps virus, Nipah virus, Hendra virus, Newcastle disease virus, Human respiratory syncytial virus, Rabies virus, Lassa virus, Hantavirus, Crimea virus 69. The method of paragraph 68, Congo hemorrhagic fever virus, influenza, or hepatitis D virus.
71. A method of detecting one or more microorganisms in a sample, comprising:
A method comprising contacting a sample with a nucleic acid detection system according to any of paragraphs 1-44; and subjecting said contacted sample to a lateral flow immunochromatographic assay.
72. Said nucleic acid detection system comprises an RNA-based masking construct comprising a first molecule and a second molecule, said lateral flow immunochromatographic assay preferably detecting said first molecule at discrete detection sites on the horizontal flow strip surface. and detecting the second molecule.
73. 73. The method according to paragraph 72, wherein said first molecule and said second molecule are detected by binding to an antibody that recognizes said first or second molecule, said binding molecule preferably being detected by a sandwich antibody.
74. said horizontal flow strip comprising an upstream first antibody directed against said first molecule and a downstream second antibody directed against said second molecule, wherein said target nucleic acid is present in said sample; Otherwise, the uncleaved RNA-based masking construct binds to the first antibody, and if the target nucleic acid is present in the sample, the cleaved RNA-based masking construct binds to the first antibody and the second antibody. A method according to paragraphs 72 or 73, which binds to an antibody.
75. A method of detecting a virus, comprising:
obtaining a sample from a subject, wherein said sample is urine, serum, blood, or saliva;
amplifying the sample RNA;
mixing said sample with an effector protein, one or more guide RNAs designed to bind to a corresponding virus-specific target molecule, and an RNA-based masking construct;
activating said RNA effector protein by binding said one or more guide RNAs to said one or more virus-specific target molecules, wherein activation of said CRISPR effector protein is detectable said RNA-based masking construct is modified such that a positive signal is produced); and detecting said signal, wherein said detection of said signal indicates said virus is present;
A method, wherein the method does not include the step of extracting RNA from the sample.
76. 76. The method of paragraph 75, wherein said amplifying step is for a duration selected from the group consisting of 2 hours, 1 hour, 30 minutes, 20 minutes, and 10 minutes.
77. 76. The method of paragraph 75, wherein said detecting step is for a duration selected from the group consisting of 3 hours, 2 hours, 1 hour, 30 minutes, 20 minutes, and 10 minutes.
78. 76. The method of paragraph 75, wherein the volume of sample required for detection is between 100 μl and 1 μl.
79. 76. The method of paragraph 75, wherein said virus is Zika virus.
80. 76. The method of paragraph 75, wherein said sample comprises two or more viruses, and wherein said two or more viruses are distinguished.
81. 76. The method of paragraph 75, wherein said RNA-based masking construct comprises.
[Example]
Example 1 General test protocol

DNAおよびRNAに関するC2c2診断試験を行う方法が2つある。この試験規約はまた、検出アプタマーの送達後にタンパク質検出多様体と共に用いてもよい。1つ目の方法は、増幅とC2c2検出を別々に行う2工程の反応である。2つ目の方法はすべてを1つの反応で結合させ、これを2工程の反応と言う。なお、重要なのは、濃度の高い試料は増幅する必要がない場合があるということである。増幅を組み込まない個別のC2c2試験規約を有するのは利点である。

Figure 2023052052000022
There are two ways to perform the C2c2 diagnostic test for DNA and RNA. This test protocol may also be used with protein detection variants after delivery of detection aptamers. The first method is a two-step reaction with separate amplification and C2c2 detection. The second method combines everything in one reaction and is called a two-step reaction. Importantly, however, high concentration samples may not need to be amplified. It is an advantage to have a separate C2c2 test protocol that does not incorporate amplification.
Figure 2023052052000022

反応緩衝液は40mMのトリスHCl、60mMのNaCl、pH:7.3である。 The reaction buffer is 40 mM Tris-HCl, 60 mM NaCl, pH: 7.3.

この反応を37℃で20分から3時間行う。励起:485nm/20nm、発光:528nm/20nmで読み出す。始まりから20分後に1分子感度の信号を検出してもよいが、もちろん、反応時間が長いほど感度は高くなる。

2工程反応:

Figure 2023052052000023
The reaction is carried out at 37° C. for 20 minutes to 3 hours. Read at Excitation: 485 nm/20 nm, Emission: 528 nm/20 nm. A single-molecule sensitive signal may be detected after 20 minutes from the beginning, but of course the longer the reaction time, the higher the sensitivity.

Two step reaction:
Figure 2023052052000023

この反応液を混合して、2本から3本の管の冷凍乾燥酵素混合物を再懸濁させる。この混合物に280mMのMgAcを5μL添加して、反応を開始する。10~20分、反応を行う。各反応液は20μLであるので、5回までの反応に十分な量である。

Figure 2023052052000024
Mix the reaction to resuspend two to three tubes of the freeze-dried enzyme mixture. 5 μL of 280 mM MgAc is added to this mixture to initiate the reaction. React for 10-20 minutes. Each reaction is 20 μL, which is sufficient for up to 5 reactions.
Figure 2023052052000024

反応緩衝液は40mMのトリスHCl、60mMのNaCl、pH:7.3である。 The reaction buffer is 40 mM Tris-HCl, 60 mM NaCl, pH: 7.3.

20分~3時間これを行う。1分子感度で調べるための最低検出時間は約20分である。長く反応を行うだけで感度を高められる。

Figure 2023052052000025
Do this for 20 minutes to 3 hours. The minimum detection time for single-molecule sensitivity studies is about 20 minutes. Sensitivity can be increased by simply reacting for a long time.
Figure 2023052052000025

参照したNEBキットは、HighScribe T7 High Yieldキットである。緩衝液を再懸濁するため1.5倍の濃度で用いる。3本の管の冷凍乾燥基質を59μLの緩衝液に再懸濁させて、上記の混合物中で用いる。各反応液は20μLであるので、5回の反応に十分な量である。この反応液で1分子感度は30~40分で観測された。

実施例2 レプトトリキア・ウェイディイ由来のC2C2はDNAとRNAの非常に高感度で特異的な検出を媒介する
The NEB kit referred to is the HighScribe T7 High Yield kit. Use 1.5x concentration for resuspending buffer. Three tubes of freeze-dried substrate are resuspended in 59 μL of buffer and used in the above mixture. Each reaction is 20 μL, which is sufficient for 5 reactions. Single-molecule sensitivity was observed in 30 to 40 minutes in this reaction solution.

Example 2 C2C2 from Leptotorichia weedii Mediates Highly Sensitive and Specific Detection of DNA and RNA

高速かつ低コストの高感度核酸検出により、医療現場での病原体の検出、遺伝子型決定、疾患の監視を補助してもよい。RNAガイドRNA標的CRISPRエフェクターCas13a(かつてはC2c2として知られていた)は、標的を認識すると手当たり次第にRNA分解酵素活性(「副次効果」)を発揮する。Cas13aのこの副次効果を等温増幅と組み合わせてCRISPR系診断(CRISPR-Dx)を確立し、アトモル感度と1塩基の不一致による特異性でDNAまたはRNAの高速検出を提供する。このCas13aに基づく分子検出プラットフォームSHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing=特定高感度酵素レポーターアンロッキング)を用いてジカウイルスおよびデング熱ウイルスの特定の株を検出する、病原性細菌、遺伝子型ヒトDNAを区別する、無細胞腫瘍DNA変異を同定する。さらに、コールドチェーンに依存せず長期保存するためSHERLOCK反応試薬を凍結乾燥してもよく、野外での用途で容易に紙の表面で再構成してもよい。 Fast, low-cost, highly sensitive nucleic acid detection may aid in pathogen detection, genotyping, and disease surveillance in the medical setting. The RNA-guided RNA-targeted CRISPR effector Casl3a (formerly known as C2c2) arbitrarily exerts RNase activity (a 'secondary effect') upon target recognition. This secondary effect of Cas13a is combined with isothermal amplification to establish CRISPR-based diagnostics (CRISPR-Dx), providing rapid detection of DNA or RNA with attomole sensitivity and single-base mismatch specificity. Detect specific strains of Zika virus and Dengue virus using this Cas13a-based molecular detection platform SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) to distinguish pathogenic bacteria, genotype human DNA identify cell-free tumor DNA mutations. Additionally, the SHERLOCK reaction reagents may be lyophilized for long-term storage without relying on a cold chain, and may be easily reconstituted on a paper surface for field applications.

持ち運び可能なプラットフォームで高感度と1塩基の特異性で核酸を高速に検出する能力により、疾患の診断および監視、疫学的作業および一般の研究室での作業を補助してもよい。核酸を検出する方法は存在する(1-6)が、これらは感度、特異性、簡便さ、コスト、および速度の間で妥協がある。クラスター化短鎖反復回文配列(CRISPR)およびCRISPR関連(CRISPR-Cas)適応免疫系は、CRISPR系診断法(CRISPR-Dx)の成果を上げるために用いてもよいプログラム可能なエンドヌクレアーゼを含む。Cas酵素によってはDNAを標的する(7、8)が、単体エフェクターRNA誘導RNA分解酵素(例えば、Cas13a(かつてはC2c2として知られていた)(8)はCRISPR RNA (crRNA)(9~11)で再プログラムして特異的RNAセンシングのためのプラットフォームを提供してもよい。RNA標的を認識すると、活性化されたCas13aは近くの非標的RNAの「副次(collateral)」切断に従事する(10)。このcrRNAでプログラム化された副次切断活性によって、Cas13aは、生体内でプログラム細胞死を誘発することにより(10)、または生体外で標識RNAの非特異的な分解により(10、12)特異的なRNAの存在を検出することができる。ここで、標的のリアルタイム検出を可能にする(図17)核酸増幅および商業レポーターRNA(12)の3Cas13a媒介副次切断に基づくアトモル感度での生体外核酸検出プラットフォームSHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing=特定高感度酵素レポーターアンロッキング)について記載する。

方法
C2c2座位のクローニングおよび発現させるタンパク質
The ability to rapidly detect nucleic acids with high sensitivity and single base specificity on a portable platform may aid in disease diagnosis and surveillance, epidemiological work and general laboratory work. Methods to detect nucleic acids exist (1-6), but they compromise between sensitivity, specificity, simplicity, cost, and speed. Clustered Short Repeated Palindromic (CRISPR) and CRISPR-Associated (CRISPR-Cas) Adaptive Immune Systems Contain Programmable Endonucleases that May be Used to Succeed in CRISPR-based Diagnostics (CRISPR-Dx) . While some Cas enzymes target DNA (7, 8), single effector RNA-guided RNases such as Cas13a (formerly known as C2c2) (8) target CRISPR RNA (crRNA) (9-11). may provide a platform for specific RNA sensing by being reprogrammed in. Upon recognition of an RNA target, activated Cas13a engages in 'collateral' cleavage of nearby non-target RNA ( 10) Via this crRNA-programmed secondary cleavage activity, Cas13a either induces programmed cell death in vivo (10) or by non-specific degradation of labeled RNA in vitro (10, 12) Capable of detecting the presence of specific RNAs, where attomolar sensitivity based on nucleic acid amplification and 3Casl3a-mediated secondary cleavage of commercial reporter RNAs (12) allows for real-time detection of targets (Fig. 17) describes the in vitro nucleic acid detection platform SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing).

Method
Cloning of the C2c2 locus and protein expression

細菌による生体内効率アッセイとして、レプトトリキア・ウェイディイF0279およびレプトトリキア・シャーイイ由来のC2c2タンパク質を哺乳類の発現に対してコドン最適化された遺伝子として注文し(Genscript、中国江蘇省)、β-ラクタマーゼを標的する、あるいは標的しないスペーサーの何れかに隣接する対応する直列反復配列と共にpACYC184主鎖にクローニングした。スペーサーの発現はJ23119プロモーターによって駆動された。 As a bacterial in vivo efficacy assay, the C2c2 proteins from Leptotrichia weidii F0279 and Leptotrichia shauii were ordered as codon-optimized genes for mammalian expression (Genscript, Jiangsu, China), targeting β-lactamase. , or into the pACYC184 backbone with the corresponding direct repeats flanked by either non-targeting spacers. Spacer expression was driven by the J23119 promoter.

タンパク質を精製するため、哺乳類コドン最適化C2c2タンパク質をタンパク質精製様細菌性発現ベクターにクローニングした(6倍のHis/Twin Strep SUMO、Ilya Finkelsteinから寄贈されたpET系発現ベクター)。

細菌による生体内C2c2効率アッセイ
To purify the protein, the mammalian codon-optimized C2c2 protein was cloned into a protein purification-like bacterial expression vector (6x His/Twin Strep SUMO, pET-based expression vector kindly provided by Ilya Finkelstein).

Bacterial in vivo C2c2 efficiency assay

LwC2c2およびLshC2c2生体内効率プラスミドおよび上記のβ-ラクタマーゼプラスミド(Abudayyeh 2016)をそれぞれ90ngと25ngでNovaBlue Singles適格細胞(Millipore)に共形質転換した。形質転換後、細胞の希釈液をアンピシリンおよびクロラムフェニコールLB寒天プレートに加えて、37℃で一晩インキュベートした。翌日コロニーを数えた。

核酸標的およびcrRNAの調製
LwC2c2 and LshC2c2 bioefficiency plasmids and the β-lactamase plasmid described above (Abudayyeh 2016) were co-transformed into NovaBlue Singles competent cells (Millipore) at 90 ng and 25 ng, respectively. After transformation, cell dilutions were added to ampicillin and chloramphenicol LB agar plates and incubated overnight at 37°C. Colonies were counted the next day.

Preparation of nucleic acid targets and crRNA

核酸標的をKAPA Hifi Hot Start (Kapa Biosystems)でPCR増幅し、ゲルを抽出し、MinEluteゲル抽出キット(Qiagen)を用いて精製した。HiScribe T7 Quick High Yield RNA合成キット(New England Biolabs)を用いて精製したdsDNAを30℃で一晩、T7ポリメラーゼと共にインキュベートし、RNAをMEGAclear Transcription Clean-upキット(Thermo Fisher)で精製した。 Nucleic acid targets were PCR amplified with KAPA Hifi Hot Start (Kapa Biosystems), gel extracted and purified using the MinElute gel extraction kit (Qiagen). Purified dsDNA using the HiScribe T7 Quick High Yield RNA Synthesis Kit (New England Biolabs) was incubated with T7 polymerase overnight at 30° C. and RNA was purified with the MEGAclear Transcription Clean-up Kit (Thermo Fisher).

crRNAの調製のため、T7プロモーター配列を添付した構築物をDNAとして注文した (Integrated DNA Technologies)。crRNA DNAを短いT7プライマー(最終濃度:10uM)にアニールし、HiScribe T7 Quick High Yield RNA合成キット(New England Biolabs)を用いてT7ポリメラーゼと共に37℃で一晩インキュベートした。反応容積に対してビーズが2倍の比率でRNAXP洗浄ビーズ(Beckman Coulter)を用いて、さらに1.8倍のイソプロピルアルコール(Sigma)を補充してcrRNAを精製した。

NASBA等温増幅
For preparation of crRNA, constructs with attached T7 promoter sequences were ordered as DNA (Integrated DNA Technologies). The crRNA DNA was annealed to a short T7 primer (final concentration: 10 uM) and incubated overnight at 37°C with T7 polymerase using the HiScribe T7 Quick High Yield RNA Synthesis Kit (New England Biolabs). The crRNA was purified using RNAXP wash beads (Beckman Coulter) at 2x beads to reaction volume and supplemented with 1.8x isopropyl alcohol (Sigma).

NASBA isothermal amplification

[Pardee 2016]にNASBA反応の詳細が記載されている。20μLの総反応容積に対して、6.7μLの反応緩衝液(Life Sciences, NECB-24)、3.3μLのヌクレオチド混合物(Life Sciences, NECN-24)、0.5μLのヌクレアーゼを含まない水、0.4μLの12.5MのNASBAプライマー、0.1uLのRNA分解酵素阻害剤(Roche, 03335402001)、および4μLのRNA増幅産物(陰性対照の場合は水)を4℃で合わせて、65℃で2分、41℃で10分インキュベートした。次いで、5μLの酵素混合物(Life Sciences, NEC-1-24)を各反応液に加えて、反応混合物を41℃で2時間インキュベートした。用いたNASBAプライマーは5’-AATTCTAATACGACTCACTATAGGGGGATCCTCTAGAAATATGGATT-3’(配列番号16)および5’-CTCGTATGTTGTGTGGAATTGT-3’(配列番号17)であった。下線部分はT7プロモーター配列を示している。

リコンビナーゼポリメラーゼ増幅
[Pardee 2016] provides details of the NASBA reaction. For a total reaction volume of 20 μL, 6.7 μL reaction buffer (Life Sciences, NECB-24), 3.3 μL nucleotide mix (Life Sciences, NECN-24), 0.5 μL nuclease-free water, 0.4 μL of 12.5 M NASBA primer, 0.1 uL of RNase inhibitor (Roche, 03335402001), and 4 μL of RNA amplification product (water for negative control) were combined at 4°C and incubated at 65°C. Incubate for 2 min, 41° C. for 10 min. 5 μL of Enzyme Mix (Life Sciences, NEC-1-24) was then added to each reaction and the reaction mixtures were incubated at 41° C. for 2 hours. The NASBA primers used were 5'-AATTCTAATACGACTCACTATAGGGGGATCCTCTAGAAATATGGATT-3' (SEQ ID NO: 16) and 5'-CTCGTATGTTGTGTGGAATTGT-3' (SEQ ID NO: 17). The underlined portion indicates the T7 promoter sequence.

recombinase polymerase amplification

NCBIプライマーブラスト(Ye et al., BMC Bioinformaics 13, 134(2012)を用いて、増幅産物の大きさ(100~140nt)、プライマー融解温度(54℃~67℃)、およびプライマーの大きさ(30~35nt)とした以外はデフォルトのパラメータを用いてRPA用プライマーを設計した。次いで、プライマーをDNAとして注文した(Integrated DNA Technologies)。 Using NCBI Primer Blast (Ye et al., BMC Bioinformaics 13, 134 (2012)), the size of the amplified product (100-140 nt), the melting temperature of the primer (54°C-67°C), and the size of the primer (30 Primers for RPA were designed using the default parameters, except for ~35 nt) Primers were then ordered as DNA (Integrated DNA Technologies).

280mMのMgAcを入力鋳型の前に加えたことを除いてRPAおよびRT-RPA反応の実行はそれぞれ、TwistAmp(登録商標)BasicまたはTwistAmp(登録商標)BasicRT (TwistDx)で指示されたように行われた。特に断りがなければ、反応は1uLの入力について37℃で2時間行われた。

LwC2c2タンパク質の精製
RPA and RT-RPA reaction runs were performed as directed in TwistAmp® Basic or TwistAmp® BasicRT (TwistDx), respectively, except that 280 mM MgAc was added prior to the input template. rice field. Reactions were carried out at 37° C. for 2 hours on 1 uL input unless otherwise noted.

Purification of LwC2c2 protein

C2c2細菌性発現ベクターをRosetta(登録商標)2(DE3) pLysS Singles適格細胞(Millipore)に形質変換した。16mLの開始培養物をTerrific Broth 4増殖培地(12g/Lのトリプトン、24g/Lの酵母菌抽出物、9.4g/LのKHPO、2.2g/LのKHPO、Sigma)(TB)で成長させて、を用いて4LのTBを接種した。このTBを吸光度OD600が0.6となるまで37℃、300RPMでインキュベートした。この時、タンパク質の発現は、最終濃度500uMまでIPTG(Sigma)を補充することで誘導された。タンパク質を発現させるため、細胞を16時間18℃まで冷却した。次いで、細胞を4℃、5200gで15分間遠心分離した。細胞ペレットを採取して、後の精製用に-80℃で保存した。 The C2c2 bacterial expression vector was transformed into Rosetta®2(DE3) pLysS Singles competent cells (Millipore). A 16 mL starter culture was added to Terrific Broth 4 growth medium (12 g/L tryptone, 24 g/L yeast extract, 9.4 g/L K2HPO , 2.2 g/L KH2PO4 , Sigma) . (TB) and used to inoculate 4 L of TB. The TB was incubated at 37° C. and 300 RPM until the absorbance OD600 was 0.6. At this time, protein expression was induced by supplementing with IPTG (Sigma) to a final concentration of 500 uM. Cells were chilled to 18° C. for 16 hours for protein expression. Cells were then centrifuged at 5200g for 15 minutes at 4°C. Cell pellets were harvested and stored at -80°C for later purification.

タンパク質精製のすべての後続の工程を4℃で行った。細胞ペレットを破砕して、プロテアーゼ阻害剤(Complete Ultra EDTA-free tablets)、リゾチーム、およびベンゾナーゼを補充した溶解緩衝液(20mMのTris-Hcl、500mMのNaCl、1mMのDTT、pH:8.0)に再懸濁し、振幅100で1秒、2秒オフ、総超音波処理時間が10分という条件で超音波処理した(Sonifier 450, Branson, Danbury, CT)。溶解物を4℃、10,000gで1時間遠心分離により洗浄し、上澄みをStericup 0.22ミクロンフィルター(EMD Millipore)で濾過した。濾過した上澄みをStrepTactin Sepharose(GE)に加えて、1時間回転させながらインキュベートした。その後、タンパク質が結合したStrepTactin樹脂を溶解緩衝液中で3回洗浄した。この樹脂を250単位のSUMOプロテアーゼ(ThermoFisher)と共にSUMO消化緩衝液(30mMのTris-HCl、500mMのNaCl、1mMのDTT、0.15%のIgepal(NP-40)、pH:8.0)に再懸濁し、回転させながら4℃で一晩インキュベートした。SDS-PAGEおよびクマシーブルー染色により消化を確認し、樹脂をスピンダウン(spinning down)してタンパク質溶出液を単離した。タンパク質を中高圧液体クロマトグラフィー(fast protein liquid chromatography, FPLC)(AKTA PURE, GE Healthcare Life Sciences)を介して5mLのHiTrap SP HP陽イオン交換カラム(GE Healthcare Life Sciences)に充填し、130mM~2MのNaClの塩勾配で溶出緩衝液(20mMのTris-HCl、1mMのDTT、5%のグリセロール、pH:8.0)中で溶出させた。SDS-PAGEにより得られた画分をLwC2c2の存在について試験した。タンパク質を含む画分を溜めて、S200緩衝液(10mMのHEPES、1MのNaCl、5mMのMgCl、2mMのDTT、pH:7.0)中で遠心濾過装置により1mLまで濃縮した。濃縮されたタンパク質をFPLCによりゲル濾過カラム(Superdex(登録商標)200 Increase 10/300 GL, GE Healthcare Life Sciences)に充填した。ゲル濾過から得られた画分をSDS-PAGEによって分析し、LwC2c2を含む画分を溜めて、緩衝液を保存緩衝液(600mMのNaCl、50mMのTris-HCl(pH:7.5)、5%のグリセロール、2mMのDTT)に交換し、-80℃で冷凍して保存した。

LwC2c2の副次検出
All subsequent steps of protein purification were performed at 4°C. Cell pellets were disrupted in lysis buffer (20 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, 1 mM DTT, pH: 8.0) supplemented with protease inhibitors (Complete Ultra EDTA-free tablets), lysozyme, and benzonase. and sonicated (Sonifier 450, Branson, Danbury, Conn.) at 100 amplitude for 1 sec, 2 sec off for a total sonication time of 10 min. The lysate was washed by centrifugation at 10,000 g for 1 hour at 4° C. and the supernatant filtered through a Stericup 0.22 micron filter (EMD Millipore). The filtered supernatant was added to StrepTactin Sepharose (GE) and incubated with rotation for 1 hour. The protein-bound StrepTactin resin was then washed three times in lysis buffer. The resin was added to SUMO digestion buffer (30 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, 1 mM DTT, 0.15% Igepal (NP-40), pH: 8.0) with 250 units of SUMO protease (ThermoFisher). Resuspend and incubate overnight at 4°C with rotation. Digestion was confirmed by SDS-PAGE and Coomassie blue staining and the protein eluate was isolated by spinning down the resin. Proteins were loaded via fast protein liquid chromatography (FPLC) (AKTA PURE, GE Healthcare Life Sciences) onto a 5 mL HiTrap SP HP cation exchange column (GE Healthcare Life Sciences) and analyzed from 130 mM to 2 M. Elution was performed with a salt gradient of NaCl in elution buffer (20 mM Tris-HCl, 1 mM DTT, 5% glycerol, pH: 8.0). Fractions obtained by SDS-PAGE were tested for the presence of LwC2c2. Fractions containing protein were pooled and concentrated to 1 mL in S200 buffer (10 mM HEPES, 1 M NaCl, 5 mM MgCl 2 , 2 mM DTT, pH: 7.0) with a centrifugal filter device. The concentrated protein was loaded onto a gel filtration column (Superdex® 200 Increase 10/300 GL, GE Healthcare Life Sciences) by FPLC. Fractions obtained from gel filtration were analyzed by SDS-PAGE and fractions containing LwC2c2 were pooled and buffered with storage buffer (600 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl (pH: 7.5), 5 % glycerol, 2 mM DTT) and stored frozen at -80°C.

Secondary detection of LwC2c2

特に断りがなければヌクレアーゼアッセイ緩衝液(40mMのTris-HCl、60mMのNaCl、6mMのMgCl、pH:7.3)中で45nMの精製LwC2c2、22.5nMのcrRNA、125nMの基質レポーター(Thermo Scientific RNA分解酵素Alert v2)、2μLのマウスRNA分解酵素阻害剤、100ngの背景総RNA、および様々な量の入力核酸標的により検出アッセイを行った。入力がRPA反応由来のT7プロモーターを含む増幅DNAである場合、上記のC2c2反応液を修正して1mMのATP、1mMのGTP、1mMのUTP、1mMのCTP、および0.6μLのT7ポリメラーゼ混合物(NEB)を含めた。反応は、蛍光プレートリーダー(BioTek)で蛍光動力を5分ごとに測定しながら37℃で(特に断りがなければ)1~3時間進行させた。 45 nM purified LwC2c2 , 22.5 nM crRNA, 125 nM substrate reporter (Thermo Detection assays were performed with Scientific RNase Alert v2), 2 μL mouse RNase inhibitor, 100 ng background total RNA, and varying amounts of input nucleic acid target. If the input was amplified DNA containing a T7 promoter from an RPA reaction, the C2c2 reaction described above was modified to contain 1 mM ATP, 1 mM GTP, 1 mM UTP, 1 mM CTP, and 0.6 μL T7 polymerase mix ( NEB) were included. Reactions were allowed to proceed for 1-3 hours (unless otherwise noted) at 37° C. with fluorescence power measured every 5 minutes in a fluorescence plate reader (BioTek).

上記の反応条件をRPA増幅混合物に組み込んで、RPA-DNA増幅、T7ポリメラーゼによるDNAのRNAへの転換、およびC2c2検出を組み合わせたワンポット反応を行った。手短に言うと、50μLのワンポットアッセイは、0.48μMの順方向プライマー、0.48μMの逆方向プライマー、1倍のRPA再水和緩衝液、様々な量のDNA入力、45nMのLwC2c2組み換えタンパク質、22.5nMのcrRNA、250ngの背景総RNA、200nMの基質レポーター(RNA分解酵素alert v2)、4uLのRNA分解酵素阻害剤、2mMのATP、2mMのGTP、2mMのUTP、2mMのCTP、1μLのT7ポリメラーゼ混合物、5mMのMgCl、および14mMのMgAcからなっていた。

TaqManプローブによる定量PCR(qPCR)分析
A one-pot reaction combining RPA-DNA amplification, conversion of DNA to RNA by T7 polymerase, and C2c2 detection was performed by incorporating the reaction conditions described above into the RPA amplification mixture. Briefly, a 50 μL one-pot assay consisted of 0.48 μM forward primer, 0.48 μM reverse primer, 1× RPA rehydration buffer, various amounts of DNA input, 45 nM LwC2c2 recombinant protein, 22.5 nM crRNA, 250 ng background total RNA, 200 nM substrate reporter (RNase alert v2), 4 uL RNase inhibitor, 2 mM ATP, 2 mM GTP, 2 mM UTP, 2 mM CTP, 1 μL It consisted of T7 polymerase mix, 5 mM MgCl 2 , and 14 mM MgAc.

Quantitative PCR (qPCR) analysis with TaqMan probes

SHERLOCK定量法を他の確立された方法と比較するため、ssDNA1の連続希釈液の定量PCRを行った。TaqManプローブおよびプライマー組(以下の配列)をssDNA1に対して設計し、IDTで製造した。TaqManFast Advanced Master Mix (ThermoFisher)を用いてアッセイを行い、Roche LightCycler 480で測定した。

Figure 2023052052000026

SYBRグリーンIIを用いたリアルタイムRPA To compare the SHERLOCK quantification method with other established methods, quantitative PCR of serial dilutions of ssDNA1 was performed. A TaqMan probe and primer set (sequence below) was designed against ssDNA1 and manufactured at IDT. Assays were performed using TaqManFast Advanced Master Mix (ThermoFisher) and measured on a Roche LightCycler 480.
Figure 2023052052000026

Real-time RPA using SYBR Green II

SHERLOCK定量法を他の確立された方法と比較するため、ssDNA1の連続希釈液にRPAを行った。リアルタイムでDNAの蓄積を定量するため、上記の典型的なRPA反応混合物に1倍のSYBR Green II (ThermoFisher)を加えた。SYBR Green IIは核酸の量に相関する蛍光信号を提供する。反応は、蛍光プレートリーダー(BioTek)で蛍光動力を5分ごとに計測しながら、37℃で1時間進行させた。

レンチウイルスの調製および処理
To compare the SHERLOCK quantification method with other established methods, serial dilutions of ssDNA1 were subjected to RPA. To quantify DNA accumulation in real time, 1x SYBR Green II (ThermoFisher) was added to the typical RPA reaction mixture described above. SYBR Green II provides a fluorescent signal that correlates with the amount of nucleic acid. Reactions were allowed to proceed for 1 hour at 37° C. with fluorescence power being measured every 5 minutes in a fluorescence plate reader (BioTek).

Lentivirus preparation and processing

これまで知られている方法に基づいてレンチウイルスを調製および処理した。手短に言うと、HeBS-CaCl2法を用いて、ジカまたはデング熱RNA断片を含む10μgのpSB700誘導体、7.5μgのpsPAX2、および2.5μgのpMD2.GをHEK293FT細胞(Life Technologies, R7007)に形質移入した。28時間後に培地を変えて、DMEM に10%のFBS、1%のペニシリン-ストレプトマイシン、および4mMのGlutaMAX (ThermoFisher Scientific)を補充し、上澄みを0.45μmの注射器フィルターを用いて濾過した。ViralBindレンチウイルス精製キット(Cell Biolabs, VPK-104)およびLenti-X濃縮器(Clontech, 631231)を用いて、上澄みからレンチウイルスを精製して準備した。QuickTiter レンチウイルスキット(Cell Biolabs, VPK-112)を用いてウイルス濃度を定量した。ウイルス試料を7%のヒト血清(Sigma, H4522)に加えて2分間95℃まで加熱し、RPAへの入力として用いた。

ジカヒト血清試料の単離およびcDNA精製
Lentiviruses were prepared and processed based on previously known methods. Briefly, 10 μg of pSB700 derivatives containing Zika or Dengue RNA fragments, 7.5 μg of psPAX2, and 2.5 μg of pMD2. G was transfected into HEK293FT cells (Life Technologies, R7007). The medium was changed after 28 hours to supplement DMEM with 10% FBS, 1% penicillin-streptomycin, and 4 mM GlutaMAX (ThermoFisher Scientific) and the supernatant was filtered using a 0.45 μm syringe filter. Lentivirus was purified from the supernatant and prepared using the ViralBind Lentivirus Purification Kit (Cell Biolabs, VPK-104) and Lenti-X Concentrator (Clontech, 631231). Viral concentrations were quantified using the QuickTiter Lentiviral Kit (Cell Biolabs, VPK-112). Virus samples were added to 7% human serum (Sigma, H4522) and heated to 95°C for 2 minutes and used as input to RPA.

Isolation and cDNA purification of Zika human serum samples

疑わしいジカ陽性ヒト血清または尿試料をAVL緩衝液(Qiagen)で不活性化し、QIAampウイルスRNAミニキット(Qiagen)でRNAを単離した。ランダムプライマー、dNTP、および試料RNAを混合することで単離されたRNAをcDNAに変換し、70℃で7分間熱変性した。次いで、変性したRNAを22~25℃で10分、50℃で45分、55℃で15分、および80℃で10分インキュベートしてSuperscript III (Invitrogen)で逆転写した。次いで、RNA分解酵素H(New England Biolabs)と共にcDNAを37℃で20分インキュベートして、RNA:cDNAハイブリッド中のRNAを壊した。

ヒトの唾液からのゲノムDNA抽出
Suspected Zika-positive human serum or urine samples were inactivated with AVL buffer (Qiagen) and RNA was isolated with the QIAamp Viral RNA Mini Kit (Qiagen). Isolated RNA was converted to cDNA by mixing random primers, dNTPs, and sample RNA and heat denatured at 70° C. for 7 minutes. The denatured RNA was then incubated at 22-25°C for 10 min, 50°C for 45 min, 55°C for 15 min, and 80°C for 10 min and reverse transcribed with Superscript III (Invitrogen). The cDNA was then incubated with RNase H (New England Biolabs) for 20 minutes at 37°C to destroy the RNA in the RNA:cDNA hybrids.

Genomic DNA extraction from human saliva

協力者から2mLの唾液を採取した。協力者は、採取の前30分は食べ物または飲料を取ることが制限されていた。次いで、QIAamp(登録商標)DNA血液ミニキット(Qiagen)を用いてキットの試験規約に推奨されるように試料を処理した。沸騰させた唾液試料に対して、400μLのリン酸緩衝生理食塩水(Sigma)を100μLの協力者の唾液に加えて、1800gで5分間遠心分離した。上澄みを静かに注いで、95℃で5分インキュベートする前にペレットを0.2%のトリトンX-100(Sigma)でリン酸緩衝生理食塩水中に再懸濁させた。1μLの試料をRPA反応への直接入力として用いた。

冷凍乾燥および紙への載置
2 mL of saliva was collected from the volunteers. Participants were restricted from eating or drinking for 30 minutes prior to collection. Samples were then processed using the QIAamp® DNA Blood Mini Kit (Qiagen) as recommended in the kit's protocol. For boiled saliva samples, 400 μL of phosphate buffered saline (Sigma) was added to 100 μL of collaborators' saliva and centrifuged at 1800 g for 5 minutes. The supernatant was decanted and the pellet was resuspended in phosphate buffered saline with 0.2% Triton X-100 (Sigma) before incubating at 95°C for 5 minutes. 1 μL of sample was used as direct input to the RPA reaction.

Freeze-drying and placing on paper

ガラス繊維のろ紙(ワットマン紙、1827-021)を90分間オートクレーブ殺菌し(Consolidated Stills and Sterilizers、MKII)、5%のヌクレアーゼを含まないBSA (EMD Millipore, 126609-10GM)で一晩ブロックした。紙をヌクレアーゼを含まない水(Life technologies, AM9932)で1回洗浄した後、4%のRNAsecureTM (Life technologies, AM7006)で60℃、20分間インキュベートし、ヌクレアーゼを含まない水でさらに3回洗浄した。処理された紙を使用前にホットプレート(Cole-Parmer, IKA C-Mag HS7)に載せて80℃で20分乾燥させた。上で示したように1.8μLのC2c2反応混合物をディスク(2mm)に載せて、ディスクを黒色透明な底部の384ウェルプレート(Corning, 3544)に入れた。冷凍乾燥試験では、反応混合物ディスクを含むプレートを液体窒素で急速冷凍し、Pardee et al (2)に記載されているように一晩冷凍乾燥した。RPA試料をヌクレアーゼを含まない水で1:10に希釈し、1.8μLの混合物を紙ディスクに充填して、プレートリーダー(BioTek Neo)を用いて37℃でインキュベートした。

細菌ゲノムDNAの抽出
Glass fiber filters (Whatman paper, 1827-021) were autoclaved for 90 minutes (Consolidated Stills and Sterilizers, MKII) and blocked overnight with 5% nuclease-free BSA (EMD Millipore, 126609-10GM). After washing the paper once with nuclease-free water (Life technologies, AM9932), it was incubated with 4% RNAsecure™ (Life technologies, AM7006) at 60°C for 20 minutes and washed three more times with nuclease-free water. . The treated papers were dried at 80° C. for 20 minutes on a hot plate (Cole-Parmer, IKA C-Mag HS7) before use. Discs (2 mm) were loaded with 1.8 μL of the C2c2 reaction mixture as indicated above and the discs were placed in a black clear bottom 384-well plate (Corning, 3544). For freeze-drying studies, plates containing reaction mixture discs were flash-frozen in liquid nitrogen and freeze-dried overnight as described by Pardee et al (2). RPA samples were diluted 1:10 in nuclease-free water and 1.8 μL of the mixture was loaded onto paper discs and incubated at 37° C. using a plate reader (BioTek Neo).

Extraction of bacterial genomic DNA

カルバペネム耐性腸内細菌科細菌(CRE)検出を含む実験では、細菌性培養物を溶原培地(LB)で中期対数期まで成長させ、ペレット化してQiagen DNeasy BloodおよびTissue Kitを用いて、適切なものとしてグラム陰性またはグラム陽性細菌の何れかに関する製造者の試験規約を用いてgDNA抽出と精製を行った。Qubit蛍光光度計でQuant-It dsDNAアッセイによりgDNAを定量して、その品質をNanodrop分光光度計で200~300nmの吸光度スペクトルにより評価した。 For experiments involving carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE) detection, bacterial cultures were grown in lysogeny medium (LB) to mid-log phase, pelleted and analyzed with the appropriate Qiagen DNeasy Blood and Tissue Kit. gDNA extraction and purification were performed using the manufacturer's test protocol for either Gram-negative or Gram-positive bacteria as the material. The gDNA was quantified by Quant-It dsDNA assay on Qubit fluorometer and its quality was assessed by absorbance spectrum from 200-300 nm on Nanodrop spectrophotometer.

大腸菌と緑膿菌を区別する実験では、細菌性培養物をルリア-ベルターニ(LB)ブロス中で初期静止期まで成長させた。持ち運び可能なPureLyse細菌gDNA抽出キット(Claremont BioSolutio)を用いて1.0mLの大腸菌と緑膿菌を処理した。電池駆動の溶解カートリッジに3分間通す前に、1倍の結合緩衝液をこの細菌性培養物に加えた。150μLの水で溶出する前に、0.5倍の結合緩衝液の水溶液を洗浄液として用いた。

デジタル液滴PCR定量
In experiments distinguishing between E. coli and P. aeruginosa, bacterial cultures were grown to early stationary phase in Luria-Bertani (LB) broth. A portable PureLyse bacterial gDNA extraction kit (Claremont BioSolutio) was used to process 1.0 mL of E. coli and Pseudomonas aeruginosa. 1× binding buffer was added to the bacterial culture before passing through a battery-powered lysis cartridge for 3 minutes. An aqueous solution of 0.5x binding buffer was used as a wash before eluting with 150 μL of water.

Digital droplet PCR quantitation

図1Cで用いられたssDNA1およびssRNA1基準希釈液の濃度を確認するため、デジタル液滴PCR(ddPCR)を行った。DNAの定量では、ssDNA1配列を標的するように設計されたPrimeTime定量PCRプローブ/プライマーアッセイでプローブ用ddPCRスーパーミックス(dUTPなし)を用いて液滴を作製した。RNAの定量では、ssRNA1配列を標的するように設計されたPrimeTime定量PCRプローブ/プライマーアッセイでプローブ用1工程RT-ddPCRキットを用いて液滴を作製した。いずれの場合もQX200液滴生成器(BioRad)を用いて液滴を生成しPCRに移した。キットの試験規約に記載されているように液滴に基づく増幅を熱サイクラーで行い、次いでQX200液滴リーダーで測定して核酸濃度を決定した。

ヒト遺伝子型決定用の合成基準
Digital droplet PCR (ddPCR) was performed to confirm the concentrations of the ssDNA1 and ssRNA1 standard dilutions used in FIG. 1C. For DNA quantification, droplets were made using ddPCR supermix (no dUTP) for probes in a PrimeTime qPCR probe/primer assay designed to target the ssDNA1 sequence. For RNA quantification, droplets were generated using a 1-step RT-ddPCR kit for probes in a PrimeTime quantitative PCR probe/primer assay designed to target the ssRNA1 sequence. In both cases a QX200 droplet generator (BioRad) was used to generate droplets and transfer them to PCR. Droplet-based amplification was performed on a thermal cycler as described in the kit's protocol and then read on a QX200 droplet reader to determine nucleic acid concentration.

Synthetic standards for human genotyping

ヒト試料の遺伝子型を正確に決定する基準を作製するため、SNP標的の周囲にプライマーを設計して、2つのホモ接合性遺伝子型のそれぞれを表すヒトゲノムDNA由来の約200bpの領域を増幅した。次いで、ホモ接合性基準と1:1の比で混合してヘテロ接合基準を作製した。次いで、コレラの基準を当量ゲノム濃度(約0.56fg/μL)まで希釈して、実際のヒト試料と共にSHERLOCKの入力として用いた。

腫瘍変異体無細胞DNA(cfDNA)の検出
To generate a basis for accurately genotyping human samples, primers were designed around the SNP target to amplify a region of approximately 200 bp from human genomic DNA representing each of the two homozygous genotypes. Heterozygous controls were then mixed at a 1:1 ratio with homozygous controls. Cholera standards were then diluted to an equivalent genomic concentration (approximately 0.56 fg/μL) and used as input for SHERLOCK along with actual human samples.

Detection of tumor variant cell-free DNA (cfDNA)

実際の患者のcfDNA試料を模倣するcfDNA基準の模造物を商業ベンダー(Horizon Discovery Group)から購入した。これらの基準は、BRAF V600E変異体およびEGFR L858R変異体の両方に対して4つのアレル画分(100%WT、および0.1%変異体、1%変異体、および5%変異体)として準備された。3μLのこれら基準がSHERLOCKの入力として準備された。

蛍光度データの分析
Mocks of cfDNA standards that mimic real patient cfDNA samples were purchased from a commercial vendor (Horizon Discovery Group). These standards were prepared as 4 allelic fractions (100% WT and 0.1% mutant, 1% mutant and 5% mutant) for both BRAF V600E and EGFR L858R mutants. was done. 3 μL of these standards were provided as input to the SHERLOCK.

Analysis of fluorescence data

背景ノイズを除去した蛍光度データを算出するため、試料の初期蛍光度を減じて異なる条件で比較できるようにした。背景条件(入力なしまたはcrRNAなしの条件のいずれか)の蛍光度を試料から減じて背景ノイズを除去した蛍光度を生成した。 In order to calculate fluorescence data with background noise removed, the initial fluorescence of the sample was reduced to allow comparison under different conditions. Fluorescence in background conditions (either no input or no crRNA conditions) was subtracted from the samples to generate background noise-removed fluorescence.

各ガイドをガイド値の合計で除してSNPまたは系統株の識別のためのガイド比率を算出し、試料間の全体的な多様性を調節した。SNPまたは系統株の識別のためのcrRNA比を以下のように算出して、試料間の全体的な多様性を調節した。

Figure 2023052052000027

ここで、AおよびBはそれぞれ、所与の個体についてアレルAまたはアレルBを感知するcrRNAのi個の技術的に同じ試料に対するSHERLOCK強度値を指す。典型的にはcrRNAにつき4つの技術的に同じ試料があるので、mおよびnは4と等しく、分母は所与のSNP座位および個体に対してcrRNA SHERLOCK強度値の8個すべての合計に等しい。2個のcrRNAがあるので、1つの個体に対するこれらcrRNAのそれぞれのcrRNA比平均は常に2である。従って、ホモ接合性の理想的な場合では、陽性アレルcrRNAに関する平均crRNA比は2であり、陰性アレルcrRNAに関する平均crRNA比はゼロである。ヘテロ接合性の理想的な場合では、2つのcrRNAのそれぞれの平均crRNA比は1である。

LwCas13a切断要件の特徴付け Guide ratios for SNP or lineage discrimination were calculated by dividing each guide by the total guide value to adjust for overall diversity between samples. The crRNA ratio for SNP or lineage discrimination was calculated as follows to adjust for overall diversity between samples.
Figure 2023052052000027

where A i and B i respectively refer to the SHERLOCK intensity values for i technically identical samples of crRNA sensing allele A or allele B for a given individual. Since there are typically 4 technically identical samples per crRNA, m and n equal 4 and the denominator equals the sum of all 8 crRNA SHERLOCK intensity values for a given SNP locus and individual. Since there are two crRNAs, the average crRNA ratio for each of these crRNAs for one individual is always two. Thus, in the homozygous ideal case, the average crRNA ratio for positive allele crRNA is 2 and the average crRNA ratio for negative allele crRNA is zero. In the ideal case of heterozygosity, the average crRNA ratio for each of the two crRNAs is one.

Characterization of LwCas13a cleavage requirements

プロトスペーサー隣接部位(PFS)は、Cas13aによる強固なリボヌクレアーゼ活性を必要とする標的部位の近くに存在する特異的なモチーフである。PFSは、標的部位の3’末端に位置し、LshCas13aに関してH(Gではなく)として発明者らのグループによりかつて特徴付けられていた(1)。このモチーフはプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)と類似しているが、DNA標的クラス2系に対する配列制限は機能的に異なっている。というのは、内因性系でのCRISPR座位の自己標的を防ぐことには関与していないからである。Cas13aのさらなる構造的な研究は、Cas13a:crRNA標的複合体形成および切断活性についてPFSの重要性を解明すると思われる。 Protospacer flanking sites (PFS) are specific motifs located near target sites that require robust ribonuclease activity by Casl3a. The PFS is located at the 3' end of the target site and was previously characterized by our group as H (rather than G) for LshCasl3a (1). This motif is similar to the protospacer-adjacent motif (PAM), but functionally different in terms of sequence restriction for DNA-targeted class 2 systems. This is because it is not involved in preventing self-targeting of the CRISPR loci in the endogenous system. Further structural studies of Casl3a will elucidate the importance of PFS for Casl3a:crRNA target complex formation and cleavage activity.

大腸菌由来の組み換えLwCas13aタンパク質(図2D~図2E)を精製し、それぞれの可能性のあるプロトスペーサー隣接部位(PFS)ヌクレオチド(A、U、C、またはG)を持つ173ntのssRNAを切断する能力をアッセイした(図2F)。LshCas13a同様、LwCas13aはA、U、またはCのPFSを持つ標的を強固に切断することができるが、GのPFSを持つssRNAに対する活性が小さい。GのPFSを持つssRNA1に対する活性が弱いことを観察したが、それでもGのPFSモチーフを持つ2つの標的について強固な検出を観察している(表3;rs601338 crRNAおよびジカ標的crRNA2)。それぞれの状況ではHのPFSは必要ではなく、多くの場合、GのPFSにより強い切断すなわち副次活性が達成されると思われる。

リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)および他の等温増幅法についての考察
Ability to purify recombinant LwCasl3a protein from E. coli (FIGS. 2D-2E) and cleave 173 nt ssRNAs with each potential protospacer flanking site (PFS) nucleotide (A, U, C, or G). was assayed (Fig. 2F). Like LshCasl3a, LwCasl3a can robustly cleave targets with a PFS of A, U, or C, but has less activity on ssRNAs with a PFS of G. Although we observed weak activity against ssRNA1 with a PFS of G, we still observe robust detection for two targets with a PFS motif of G (Table 3; rs601338 crRNA and Zika target crRNA2). In each situation, PFS of H may not be necessary, and in many cases PFS of G appears to achieve stronger cleavage or secondary activity.

Discussion of Recombinase Polymerase Amplification (RPA) and Other Isothermal Amplification Methods

リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)は、リコンビナーゼ、一本鎖DNA結合タンパク質(SSB)、および鎖置換ポリメラーゼの3つの主要な酵素からなる等温増幅技術である。これらの酵素がすべて37℃付近の一定温度で作用するため、RPAは、温度調節を不要にすることで他の増幅法、特にポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に存在する多くの技術的な困難を克服している。RPAでは、二本鎖鋳型の全体的な融解とプライマーのアニーリングに関して、生体内でのDNA複製および修復に触発された酵素による手法が温度循環と置き換わっている。リコンビナーゼ-プライマー複合体は、二本鎖DNAを走査して、相補部位での鎖交換を容易にする。鎖交換はSSBによって安定化され、プライマーを結合したままにすることができる。リコンビナーゼの自発的な分解はADP結合状態で起こり、医療現場および野外の設定では利用できない複雑な装置がなくても鎖置換ポリメラーゼはプライマーに侵入して伸長させ、増幅させることができる。この過程が37~42℃の温度範囲で繰り返し循環することでDNAの指数関数的増幅を行うことができる。公開されている元の配合物は、鎖置換ポリメラーゼとして枯草菌Pol I(Bsu)、リコンビナーゼとしてT4 uvsX、一本鎖DNA結合タンパク質としてT4 gp32を用いている(2)が、本研究で用いられたTwistDxによって販売されている現在の配合物にどのような成分が含まれているかは不明である。 Recombinase polymerase amplification (RPA) is an isothermal amplification technique that consists of three major enzymes: recombinase, single-stranded DNA binding protein (SSB), and strand displacement polymerase. Since all these enzymes work at a constant temperature around 37°C, RPA overcomes many technical difficulties present in other amplification methods, especially the polymerase chain reaction (PCR), by eliminating the need for temperature regulation. are doing. In RPA, an enzymatic approach driven by DNA replication and repair in vivo replaces temperature cycling for global melting of double-stranded templates and annealing of primers. The recombinase-primer complex scans the double-stranded DNA to facilitate strand exchange at complementary sites. Strand exchange is stabilized by SSB, allowing primers to remain bound. Spontaneous degradation of the recombinase occurs in the ADP-bound state, allowing strand-displacing polymerases to penetrate and extend primers and amplify them without complex equipment that is not available in clinical and field settings. This process can be cycled repeatedly over a temperature range of 37-42° C. to effect exponential amplification of DNA. The original published formulation used Bacillus subtilis Pol I (Bsu) as the strand-displacement polymerase, T4 uvsX as the recombinase, and T4 gp32 as the single-stranded DNA binding protein (2), but was used in this study. It is unclear what ingredients are included in the current formulation marketed by TwistDx.

また、RPAにはいくつかの限定がある。
1)Cas13a検出は定量的である(図15)が、リコンビナーゼが利用可能なすべてのATPを使ってしまうとすぐに飽和するためリアルタイムRPA定量は困難な場合がある。増幅を循環させることができるのでリアルタイムPCRは定量的であるが、RPAは増幅率を厳しく管理する機構を持たない。例えば、利用可能なマグネシウムまたはプライマーの濃度を低下させる、反応温度を下げる、あるいは効率のないプライマーを設計するなど、何らかの調節をして増幅速度を低下させてもよい。図31、図32、および図52など定量的SHERLOCKのいくつかの例を見たが、必ずしもこれに当てはまらず、鋳型に依存している。
2)RPA効率はプライマー設計に敏感な場合がある。製造者は、典型的には、平均GC含有量(40~60%)で効率的なリコンビナーゼ結合を確実にするために長いプライマーを設計すること、および非常に高感度なプライマー対を見つけるために100プライマー対までを選別することを推奨する。本発明者らは、SHERLOCKについて、1分子感度でアトモル試験を達成するのに2つのプライマー対のみを設計しなければならないことを見出した。この強固さは、増幅産物の増幅での何らかの非効率性を相殺する構成的に活性なCas13a副次活性による信号のさらなる増幅によるものと思われる。この品質は、特に図34の細菌性病原体の同定にとって重要である。RPAには融解工程が含まれないので、細菌ゲノムの16S rRNA遺伝子部位など、非常に構造化された領域を増幅するには様々な問題があった。従って、プライマーの二次構造は1つの問題になり、増幅効率と感度を制限する。本明細書で開示される実施形態は、これらRPAに特異的な問題にも関わらずCas13aからのさらなる信号増幅のために成功していると思われる。
3)効率的なRPAのためには増幅配列の長さは短く(100~200bp)なければならない。ほとんどの用途で、これは有意な問題ではなくおそらく利点ですらある(例えば、平均断片の大きさが160bpであるcfDNA検出)。例えば、汎用プライマーが細菌の検出に望ましい場合、および識別するSNPが広い領域に亘って広がっている場合など、増幅産物の長さが長いことが重要なことがある。
Also, RPA has some limitations.
1) Casl3a detection is quantitative (Fig. 15), but real-time RPA quantification can be difficult as the recombinase saturates quickly once it has used all available ATP. Real-time PCR is quantitative because the amplification can be cycled, but RPA does not have mechanisms to tightly control the amplification rate. Any adjustment may be made to reduce the rate of amplification, such as, for example, reducing the concentration of available magnesium or primers, lowering the reaction temperature, or designing less efficient primers. We have seen some examples of quantitative SHERLOCK such as Figures 31, 32 and 52, but this is not always the case and is template dependent.
2) RPA efficiency can be sensitive to primer design. Manufacturers typically design long primers to ensure efficient recombinase binding at average GC content (40-60%) and to find very sensitive primer pairs. It is recommended to screen up to 100 primer pairs. We found that for SHERLOCK, only two primer pairs had to be designed to achieve an attomole test with single-molecule sensitivity. This robustness is likely due to further amplification of the signal by constitutively active Casl3a secondary activity that offsets any inefficiencies in amplification of the amplicon. This quality is particularly important for the identification of bacterial pathogens in FIG. Since RPA does not involve a melting step, there have been various problems in amplifying highly structured regions such as the 16S rRNA gene sites of bacterial genomes. Thus, primer secondary structure becomes a problem, limiting amplification efficiency and sensitivity. The embodiments disclosed herein appear to be successful for further signal amplification from Casl3a despite these RPA-specific problems.
3) The length of amplified sequences should be short (100-200 bp) for efficient RPA. For most applications this is probably not a significant problem but perhaps even an advantage (eg cfDNA detection where the average fragment size is 160 bp). Long amplicon lengths can be important, for example, when universal primers are desired for bacterial detection and when the SNPs that discriminate are spread over a large region.

SHERLOCKのモジュール性により任意の増幅技術、非等温法でさえもT7による転写およびCas13a検出の前に用いることが可能になる。このモジュール性は、1つの反応でのT7工程とCas13a工程の両立性によって可能になり、T7プロモーターを持つ任意の増幅されたDNA入力に対して検出を行うことができる。RPAを用いる前に、本発明者らの検出アッセイで核酸配列に基づく増幅(NASBA)(3、4)を試みた(図10)。しかしながら、NASBAは、Cas13aの感度を大きく向上させることはなかった(図11および図53)。検出の前に用いてもよい他の増幅技術としては、PCR、ループ媒介等温増幅(LAMP)(5)、鎖置換増幅(SDA)(6)、ヘリカーゼ依存増幅(HDA)(7)、およびニッキング酵素増幅反応(NEAR)(8)が挙げられる。任意の等温技術と交換可能であることにより、SHERLOCKは何れか一つの増幅技術の特異的な限定を克服することができる。

遺伝子操作による不一致の設計
The modularity of SHERLOCK allows any amplification technique, even non-isothermal methods, to be used prior to T7 transcription and Casl3a detection. This modularity is made possible by the compatibility of the T7 and Casl3a steps in one reaction, allowing detection to be performed on any amplified DNA input with a T7 promoter. Prior to using RPA, we attempted nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) (3, 4) in our detection assay (Fig. 10). However, NASBA did not significantly enhance the sensitivity of Casl3a (Figures 11 and 53). Other amplification techniques that may be used prior to detection include PCR, loop-mediated isothermal amplification (LAMP) (5), strand displacement amplification (SDA) (6), helicase dependent amplification (HDA) (7), and nicking. Enzymatic amplification reaction (NEAR) (8). By being interchangeable with any isothermal technique, SHERLOCK can overcome the specific limitations of any one amplification technique.

Discordance design by genetic engineering

本発明者らはこれまでに、標的:crRNA二本鎖に2つ以上の不一致があるとLshCas13aの標的切断は低下するが、1つの不一致では相対的に影響を受けないことを示し、LwCas13a副次切断についてそのような観察を確認した(図36A)。本発明者らは、1つの不一致のみがあるが故に標的の副次切断を維持しつつ、crRNAスペーサー配列にさらなる変異を導入することでさらなる不一致(合計2つの不一致)を持つ標的に対する副次切断を不安定化すると仮定した。遺伝子操作で高められた特異性の可能性を試験するため、本発明者らは、ssRNA1を標的する複数のcrRNAを設計し、crRNAの長さに亘る不一致を含めて標的副次切断を最適化し、1つの不一致で異なっている標的の副次切断を最少にした(図36A)。これら不一致はssRNA1の副次切断を低下させなかったが、さらなる不一致を含む標的(ssRNA2)に関する信号は有意に減少したことを観察した。ssRNA1とssRNA2を最もよく区別するように設計されたcrRNAは、ssRNA2の不一致に近い合成による不一致を含んでおり、実際にハイブリダイズされたRNAに「(転写)バブル」または歪みを形成した。合成による不一致と標的に存在するさらなる不一致(すなわち二重の不一致)の協調によって生じた感度の消失は、連続または近接する二重の不一致に対するLshCas13aとLwCas13aの感度に一致し、1ヌクレオチドによる区別を可能にするcrRNAの合理的設計の基礎を提供する(図36B)。 We have previously shown that two or more mismatches in the target:crRNA duplex reduce LshCas13a target cleavage, whereas one mismatch is relatively unaffected, demonstrating that LwCas13a sideways Subsequent cuts confirmed such observations (Fig. 36A). We maintained secondary cleavage of the target because there was only one mismatch, but introduced additional mutations in the crRNA spacer sequence for secondary cleavage against targets with additional mismatches (two mismatches total). is assumed to destabilize To test the possibility of genetically enhanced specificity, we designed multiple crRNAs targeting ssRNA1 and optimized targeted secondary cleavage, including discrepancies across the length of the crRNA. , minimized secondary cleavage of targets that differed by one mismatch (Fig. 36A). Although these mismatches did not reduce secondary cleavage of ssRNA1, we observed that the signal for the target containing the additional mismatch (ssRNA2) was significantly reduced. The crRNAs designed to best discriminate between ssRNA1 and ssRNA2 contained a synthetic mismatch close to that of ssRNA2, forming a “(transcription) bubble” or distortion in the actual hybridized RNA. The loss of sensitivity caused by cooperation between synthetic mismatches and additional mismatches present in the target (i.e., double mismatches) is consistent with the sensitivity of LshCasl3a and LwCasl3a to consecutive or adjacent double mismatches, discriminating by a single nucleotide. provides the basis for the rational design of enabling crRNAs (Fig. 36B).

ZIKVおよびDENV株の不一致の検出では、本発明者らの完全な長さのcrRNAは、2つの不一致を含んでいた(図37A、図37B)。株間の配列の大きな相違により、2つのゲノム間で1ヌクレオチドの違いのみを持つ28ntの連続した区間を見つけることはできなかった。しかしながら、より短いcrRNAは機能的であることを予測し、スペーサー配列に合成による1つの不一致と標的配列に1つのみの不一致を含む2つのZIKV株の標的に対してより短い23ntのcrRNAを設計した。これらのcrRNAは、ZIKVのアフリカ株とアメリカ株を区別することができる(図36C)。続く23ntおよび20ntのcrRNAの試験から、スペーサー長が短くなると活性が低下するが、1つの不一致を区別する能力は維持または増強されることが示された(図57A~図57G)。合成による不一致が導入されて1ヌクレオチドの変異の識別をどのように容易にするかをより理解するため、3つの異なるスペーサー長、28nt、23nt、および20ntでスペーサーの最初の7つの位置に亘って合成による不一致をタイルにした(図57A) 。合成による不一致がスペーサーの位置5にある時、3つ目の位置に変異を持つ標的に対してLwCas13aは最大の特異性を示しており、標的活性レベルは低いもののより短いスペーサー長さで特異性が向上している(図57B~図57G)。本発明者らはまた、標的の変異を位置3~6に亘ってずらして、変異の周囲のスペーサーで合成による不一致をタイルした(図58)。

合成基準を用いたSHERLOCKによる遺伝子型決定
In detecting mismatches in ZIKV and DENV strains, our full-length crRNA contained two mismatches (FIGS. 37A, 37B). Due to the large sequence differences between the strains, we were unable to find a 28nt contiguous interval with only a single nucleotide difference between the two genomes. However, we expected the shorter crRNAs to be functional and designed shorter 23nt crRNAs against the two ZIKV strain targets containing one synthetic mismatch in the spacer sequence and only one mismatch in the target sequence. bottom. These crRNAs can distinguish between African and American strains of ZIKV (Fig. 36C). Subsequent testing of 23-nt and 20-nt crRNAs showed that shorter spacer lengths decreased activity but maintained or enhanced the ability to discriminate between single mismatches (FIGS. 57A-57G). To better understand how synthetic discrepancies are introduced to facilitate discrimination of single-nucleotide mutations, three different spacer lengths, 28 nt, 23 nt, and 20 nt, were used across the first seven positions of the spacer. Mismatches by synthesis were tiled (Fig. 57A). LwCasl3a shows greatest specificity for targets with mutations at the third position when the synthetic mismatch is at position 5 of the spacer, with lower levels of target activity but specificity at shorter spacer lengths. is improved (FIGS. 57B-57G). We also staggered the targeted mutations across positions 3-6 to tile the synthetic mismatch with spacers around the mutations (FIG. 58).

Genotyping by SHERLOCK using synthetic criteria

SNP座位のPCR増幅から作製された合成基準の評価により遺伝子型を正確に同定することができる(図60A、図60B)。個体の試料と合成基準のSHERLOCKによる結果のすべての比較を算出することで(分散分析)、SHERLOCK検出強度と最も類似した合成基準を見つけることにより各個体の遺伝子型を同定することができる(図60C、図60D)。このSHERLOCK遺伝子型決定法は任意のSNP座位に一般化可能である(図60E)。

SHERLOCKは、価格が手頃な適応可能なCRISPR-Dxプラットフォームである
Evaluation of synthetic standards generated from PCR amplification of SNP loci can accurately identify genotypes (FIGS. 60A, 60B). By calculating all the comparisons of the SHERLOCK results for the individual's samples and the synthetic standards (analysis of variance), it is possible to genotype each individual by finding the synthetic standards that are most similar to the SHERLOCK detection strength (Fig. 60C, FIG. 60D). This SHERLOCK genotyping method is generalizable to any SNP locus (Fig. 60E).

SHERLOCK is an affordable and adaptable CRISPR-Dx platform

SHERLOCKのコスト分析では、crRNAの合成用DNA鋳型、RPAに用いられるプライマー、共通の緩衝液(MgCl、トリスHCl、グリセリン、NaCl、DTT)、ガラスマイクロ繊維ろ紙、およびRNAsecure試薬などの少額であると判定される試薬は省かれた。DNA鋳型については、IDTからのultramer合成は、40回の生体外転写反応(それぞれは約10,000反応を行うのに十分な量である)分の材料を約70ドルで提供し、crRNA合成のコストに少額が加算される。RPAプライマーについては、30ntのDNAプライマーの25nmoleのIDT合成は、約10ドルで購入することができ、5000回のSHERLOCK反応に適した材料を提供する。ガラスマイクロ繊維紙は0.50/枚で入手可能であり、数百回のSHERLOCK反応に十分な量である。4%のRNAsecure試薬のコストは7.20ドル/mLであり、500回の試験に十分な量である。 The cost analysis of SHERLOCK shows that the DNA template for synthesizing crRNA, the primers used for RPA, common buffers ( MgCl2 , Tris-HCl, glycerin, NaCl, DTT), glass microfiber filters, and RNAsecure reagents are minor. Reagents determined to be were omitted. For the DNA template, Ultramer Synthesis from IDT provides materials for 40 in vitro transcription reactions (each sufficient to run about 10,000 reactions) for about $70 and crRNA synthesis. A small amount is added to the cost of For RPA primers, 25 nmoles of IDT synthesis of 30 nt DNA primers can be purchased for about $10 and provide material suitable for 5000 SHERLOCK reactions. Glass microfiber paper is available at 0.50/sheet, sufficient for several hundred SHERLOCK reactions. The cost of 4% RNAsecure reagent is $7.20/mL, sufficient for 500 tests.

また、紙によるアッセイを除きすべての実験で、0.036ドル/反応のコストで384ウェルプレートを用いた(Corning 3544)。このコストは少額であるので、全体のコスト分析には含めなかった。また、SHERLOCK-POCは、紙で容易に行えるので、プラスチック容器の使用を必要としない。本明細書に用いられるSHERLOCKの読み出し方法は、フィルターセットまたは単色光分光器の何れかを備えたプレートリーダーであった。投資として、リーダーのコストは計算に含めなかった。というのは、より多くの反応をプレートリーダーで行うほどコストは低下することが予測され、少額になるからである。POC用途では、携帯分光光度計(9)または持ち運び可能な電子リーダー(4)など安価で持ち運び可能な代替えを用いた場合もあった。これらは装置のコストを200ドル未満に低下させる。これらの持ち運び可能な解決法は嵩張る装置に比べると速度と読み出し易さが低下しているが、より広範囲に使用することができる。

結果
All experiments also used 384-well plates at a cost of $0.036/reaction (Corning 3544), except for paper assays. Due to its small cost, it was not included in the overall cost analysis. Also, SHERLOCK-POC does not require the use of plastic containers as it is easily made on paper. The SHERLOCK readout method used herein was a plate reader equipped with either a filter set or a monochromator. As an investment, the cost of the leader was not included in the calculation. This is because the costs are expected to drop as more reactions are run on the plate reader, which is a small amount. In some cases, POC applications have used inexpensive portable alternatives such as handheld spectrophotometers (9) or portable electronic readers (4). These reduce the cost of the device to less than $200. These portable solutions are slower in speed and readability than bulkier devices, but are more widely available.

result

本明細書で記載するアッセイおよびシステムは一般に、増幅および検出の2工程の過程を含んでいてもよい。第一の工程では、核酸試料、RNAまたはDNAの何れかを、例えば等温増幅により増幅する。第二の工程では、増幅したDNAをRNAに転写して、次いでCRISPRエフェクター(例えばC2c2)および標的核酸配列の存在を検出するようにプログラムされたcrRNAと共にインキュベートする。検出を可能にするため、消光された蛍光色素分子で標識したレポーターRNAを反応液に加える。レポーターRNAの副次切断により、蛍光色素分子の消光作用が失われて、核酸標的のリアルタイム検出が可能になる(図17A)。 The assays and systems described herein may generally involve a two-step process of amplification and detection. In the first step, a nucleic acid sample, either RNA or DNA, is amplified, eg, by isothermal amplification. In the second step, the amplified DNA is transcribed into RNA and then incubated with CRISPR effectors (eg, C2c2) and crRNA programmed to detect the presence of target nucleic acid sequences. A reporter RNA labeled with a quenched fluorophore is added to the reaction to allow detection. Secondary cleavage of the reporter RNA abolishes the quenching effect of the fluorophore, allowing real-time detection of nucleic acid targets (Fig. 17A).

強固な信号検出を達成するため、C2c2の相同分子種を生物レプトトリキア・ウェイディイ(LwC2c2)から同定して評価した。LwC2c2タンパク質の活性は、大腸菌の合成CRISPR配列と共にこのタンパク質を発現させて、β-ラクタマーゼmRNA内の標的部位を切断するようにプログラムすることで評価された。切断されるとアンピシリン選択下で細菌の死に繋がる(図2B)。LshC2c2座位よりもLwC2c2座位を持つ大腸菌コロニーのほうが生存したものが少なかった。これは、LwC2c2相同分子種の切断活性がより高いことを示している(図2C)。次いで、ヒトコドン最適化LwC2c2タンパク質を大腸菌から精製し(図2D~図2E)、異なるプロトスペーサー隣接部位(PFS)ヌクレオチドにより173ntのssRNAを切断する能力をアッセイした(図2F)。LwC2c2は、可能性のある4つのPFS標的のそれぞれを切断することができた。また、GのPFSを持つssRNAでは活性がわずかに低くなっていた。 To achieve robust signal detection, orthologs of C2c2 were identified and evaluated from the organism Leptotorichia weedii (LwC2c2). The activity of the LwC2c2 protein was evaluated by expressing the protein with synthetic E. coli CRISPR sequences and programming it to cleave a target site within the β-lactamase mRNA. Cleavage leads to bacterial death under ampicillin selection (Fig. 2B). Fewer E. coli colonies with the LwC2c2 locus survived than the LshC2c2 locus. This indicates that the LwC2c2 orthologue has higher cleavage activity (Fig. 2C). The human codon-optimized LwC2c2 protein was then purified from E. coli (FIGS. 2D-2E) and assayed for its ability to cleave 173 nt ssRNA with different protospacer flanking site (PFS) nucleotides (FIG. 2F). LwC2c2 was able to cleave each of the four potential PFS targets. In addition, ssRNA with PFS of G had slightly lower activity.

LwC2c2RNA分解酵素の副次活性のリアルタイム測定は、市販のRNA蛍光プレートリーダーを用いて測定された(図17A)。LwC2c2活性のベースライン感度を決定するため、LwC2c2をssRNA標的1(ssRNA1)、このssRNA標的内の部位に相補であるcrRNA、およびRNAセンサープローブと共にインキュベートした(図18)。これにより約50fMの感度が得られた(図27A)。この感度は他の細菌の核酸検出技術(Pardee et al., 2014)よりも高いが、下位フェムトモルでの検出性能を要求する多くの診断用途には十分な高さではない(Barletta et al., 2004; Emmadi et al., 2011;Rissin et al., 2010; Song et al., 2013)。 Real-time measurements of LwC2c2 RNase secondary activity were measured using a commercially available RNA fluorescence plate reader (Fig. 17A). To determine the baseline sensitivity of LwC2c2 activity, LwC2c2 was incubated with ssRNA target 1 (ssRNA1), a crRNA complementary to a site within this ssRNA target, and an RNA sensor probe (Figure 18). This resulted in a sensitivity of approximately 50 fM (Fig. 27A). While this sensitivity is higher than other bacterial nucleic acid detection techniques (Pardee et al., 2014), it is not high enough for many diagnostic applications requiring detection performance at lower femtomoles (Barletta et al., 2014). 2004; Emmadi et al., 2011; Rissin et al., 2010; Song et al., 2013).

感度を高めるため、LwC2c2とのインキュベーションの前に等温増幅工程を付け加えた。核酸配列に基づく増幅(NASBA)(Compton, 1991; Pardee et al., 2016)など、従来用いられている等温増幅法とLwC2c2媒介検出を連結することである程度まで感度が向上した(図11)。代替えの等温増幅法であるリコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)(Piepenburg et al., 2006)を試験した。この方法を用いて2時間以下で指数関数的にDNAを増幅させることができる。T7 RNAポリメラーゼプロモーターをRPAプライマーに付加することで、増幅したDNAを後続のLwC2c2による検出用のRNAに変換することができる(図17)。従って、特定の例示的な実施形態では、前記アッセイは、RPAによる増幅、T7 RNAポリメラーゼによるDNAのRNAへの変換、および後続のRNAの検出(消光されたレポーターから蛍光を切り離すC2c2による)の組合せを含む。 To increase sensitivity, an isothermal amplification step was added prior to incubation with LwC2c2. Coupling LwC2c2-mediated detection with conventional isothermal amplification methods such as nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) (Compton, 1991; Pardee et al., 2016) improved sensitivity to some extent (Fig. 11). An alternative isothermal amplification method, recombinase polymerase amplification (RPA) (Piepenburg et al., 2006) was tested. DNA can be amplified exponentially in less than 2 hours using this method. Addition of the T7 RNA polymerase promoter to the RPA primers allows the conversion of the amplified DNA into RNA for subsequent detection by LwC2c2 (Figure 17). Thus, in certain exemplary embodiments, the assay comprises a combination of amplification by RPA, conversion of DNA to RNA by T7 RNA polymerase, and subsequent detection of RNA (by C2c2, which cuts off the fluorescence from the quenched reporter). including.

ssRNA1の合成されたDNAバージョンでこの例示的な方法を用いて、1反応あたり1~10分子の範囲でアトモル感度を達成することが可能であった(図27B左)。検出の正確さを確かめるため、入力DNAの濃度をデジタル液滴PCRで定量して、最も低い検出可能標的濃度(2aM)が1マイクロリットルあたり1分子の濃度であることを確認した。また、逆転写工程を追加して、RPAはRNAを増幅してdsDNA形態にしてもよく、これによりssRNA1でアトモル感度を達成することができる(図27B右)。同様に、RNA標的の濃度をデジタル液滴PCRによって確かめた。POC診断試験として機能するこの例示的な方法の実行可能性を評価するため、RPA、T7ポリメラーゼ増幅、およびLwC2c2検出のすべての成分の1反応で機能する能力を試験したところ、アッセイのワンポットバージョンでアトモル感度が観察された(図22)。

アッセイは液体中または紙の表面で高感度なウイルス検出が可能である
Using this exemplary method with the synthesized DNA version of ssRNA1, it was possible to achieve attomole sensitivity in the range of 1-10 molecules per reaction (FIG. 27B left). To confirm the accuracy of detection, the concentration of input DNA was quantified by digital droplet PCR to confirm that the lowest detectable target concentration (2 aM) was 1 molecule per microliter. Also, with the addition of a reverse transcription step, RPA may amplify the RNA into dsDNA form, which can achieve attomolar sensitivity with ssRNA1 (FIG. 27B, right). Similarly, RNA target concentration was verified by digital droplet PCR. To assess the feasibility of this exemplary method to serve as a POC diagnostic test, the ability of all components of RPA, T7 polymerase amplification, and LwC2c2 detection to function in one reaction was tested, resulting in a one-pot version of the assay. Attomolar sensitivity was observed (Figure 22).

Assay allows sensitive virus detection in liquids or on paper

次に、アッセイが伝染病用途に有効であるか否かを決定した。伝染病用途では高感度が要求され、持ち運び可能な診断からの恩恵を受ける場合がある。モデルシステムでの検出を試験するため、ジカウイルスゲノムおよび関連するフラビウイルスデング熱のRNA断片を宿すレンチウイルス(Dejnirattisai et al., 2016)を作製して、ウイルス粒子の数を定量した(図31A)。模造ウイルスの量は2aMまで検出された。また同時に、ジカおよびデング熱RNA断片を含むこれら代理ウイルスをはっきりと識別することが可能であった(図31B)。配布のためのコールドチェーンへの依存をなくす目的で前記アッセイが冷凍乾燥と両立可能であるか否かを決定するため、反応成分を冷凍乾燥した。試料を用いて凍結乾燥された成分を再水和したところ、20fMのssRNA1が検出された(図33A)。資源が乏しい設定およびPOC設定では容易に使用できるので紙の試験から恩恵を受ける場合があり、ガラス繊維紙表面でのC2c2検出の活性も評価したところ、紙スポッティングC2c2反応は標的を検出することが可能であることが観察された(図33B)。冷凍乾燥と紙スポッティングを組合せると、C2c2検出反応はssRNA1を高感度で検出した(図33C)。また、合成ジカウイルスRNA断片の検出について、溶液中のLwC2c2と冷凍乾燥LwC2c2とで同程度の感度が観察された。これは、冷凍乾燥SHERLOCKの強固さと高速POCジカウイルス診断の可能性を示している(図33D~図33E)。この目標のため、アッセイのPOC多様体の可能性を試験して、ジカRNAとデング熱RNAを区別する能力を決定した(図31C)。紙スポッティングと冷凍乾燥が読み出しの絶対信号をわずかに低下させたものの、前記アッセイは、デング熱対照配列による模倣ウイルスの検出に比べて20aMという低い濃度で模倣ジカウイルスを有意に検出した(図31D)。 Next, it was determined whether the assay would be useful for epidemic applications. Infectious disease applications require high sensitivity and may benefit from portable diagnostics. To test detection in a model system, lentiviruses harboring the Zika virus genome and related flavivirus dengue RNA fragments (Dejnirattisai et al., 2016) were generated and the number of virus particles was quantified (Fig. 31A). . Amounts of mock virus were detected down to 2aM. At the same time, it was also possible to clearly distinguish these surrogate viruses, including Zika and Dengue RNA fragments (Fig. 31B). Reaction components were freeze-dried to determine if the assay was compatible with freeze-drying to eliminate reliance on cold chains for distribution. When the sample was used to rehydrate the lyophilized component, 20 fM ssRNA1 was detected (Fig. 33A). Resource-poor and POC settings may benefit from paper testing due to its ease of use, and we also evaluated the activity of C2c2 detection on glass fiber paper surfaces and found that the paper-spotting C2c2 reaction was able to detect the target. It was observed that it was possible (Fig. 33B). Combining freeze-drying and paper spotting, the C2c2 detection reaction detected ssRNA1 with high sensitivity (Fig. 33C). Also, similar sensitivities were observed for LwC2c2 in solution and freeze-dried LwC2c2 for the detection of synthetic Zika virus RNA fragments. This demonstrates the robustness of freeze-dried SHERLOCK and the potential for rapid POC Zika virus diagnostics (FIGS. 33D-33E). To this end, potential POC variants in the assay were tested to determine their ability to discriminate between Zika and Dengue RNA (Fig. 31C). Although paper spotting and freeze-drying slightly reduced the absolute signal of the readout, the assay significantly detected the mimetic Zika virus at concentrations as low as 20 aM compared to detection of the mimetic virus with the dengue control sequence (Fig. 31D). .

ヒトのジカウイルスRNA量は、患者の唾液中に3×10コピー/mL(4.9fM)、患者の血清中に7.2×10コピー/mL(1.2fM)と低いことが報告されている(Barzon et al., 2016; Gourinat et al., 2015; Lanciotti et al., 2008)。得られた患者試料から、1.25×10コピー/mL(2.1aM)という低い濃度が観察された。前記アッセイが滴定量の少ない臨床単離物のジカウイルス検出を行うことが可能か否かを評価するため、ウイルスRNAを患者から抽出して逆転写し、得られたcDNAをアッセイの入力として用いた(図32A)。ジカヒト血清試料の有意な検出は1.25コピー数/uL(2.1aM)の濃度まで観察された(図32B)。さらに、患者試料からの信号はジカウイルスRNAコピー数を予測可能であり、これを用いてウイルス量を予測した(図31F)。核酸精製が利用できない疾患状況に対する広範な用途を試験するため、ヒト血清に加えたssRNA1の検出を試験したところ、前記アッセイは2%未満の血清量で作動したことが分かった(図33G)。

細菌性病原体の区別および遺伝子の区別
Human Zika virus RNA levels reportedly as low as 3 x 106 copies/mL (4.9 fM) in patient saliva and 7.2 x 105 copies/mL (1.2 fM) in patient serum (Barzon et al., 2016; Gourinat et al., 2015; Lanciotti et al., 2008). Concentrations as low as 1.25×10 3 copies/mL (2.1 aM) were observed from patient samples obtained. To assess whether the assay is capable of detecting Zika virus in low titer clinical isolates, viral RNA was extracted from patients, reverse transcribed, and the resulting cDNA was used as input for the assay. (Fig. 32A). Significant detection of Zikahito serum samples was observed up to a concentration of 1.25 copies/uL (2.1 aM) (Figure 32B). Furthermore, the signal from patient samples was predictive of Zika virus RNA copy number, which was used to predict viral load (Fig. 31F). To test its broader application to disease situations where nucleic acid purification is not available, we tested the detection of ssRNA1 spiked into human serum and found that the assay worked at serum levels below 2% (Fig. 33G).

Bacterial pathogen differentiation and genetic differentiation

前記アッセイを用いて細菌性病原体を区別することができるか否かを決定するため、最初の標的として16S V3領域を選択した。というのは、保存された隣接領域により保存されたRPAプライマーを細菌種に亘って用いることことができ、可変内部領域によって種の区別が可能であるからである。病原性株と、単離された大腸菌gDNAおよび緑膿菌gDNAに対して可能性のある5つの標的crRNAのパネルを設計した(図34A)。前記アッセイは、大腸菌gDNAと緑膿菌gDNAを区別することが可能であり、他の種のcrRNAに対して低い背景信号を示した(図34A、図34B)。 The 16S V3 region was chosen as the initial target to determine whether the assay could be used to distinguish between bacterial pathogens. This is because the conserved flanking regions allow conserved RPA primers to be used across bacterial species, and the variable internal regions allow species differentiation. A panel of five potential target crRNAs was designed against pathogenic strains and isolated E. coli and Pseudomonas aeruginosa gDNAs (Fig. 34A). The assay was able to distinguish between E. coli and Pseudomonas aeruginosa gDNA, and showed low background signal for crRNAs from other species (FIGS. 34A, 34B).

また、前記アッセイを用いて対象の細菌性遺伝子(例えば、抗生物質耐性遺伝子)を高速で検出して区別することができる。カルバペネム耐性腸内細菌(CRE)は新たに発生した大きな公衆衛生問題である(Gupta et al., 2011)。カルバペネム耐性遺伝子を検出するアッセイの能力と、この試験が異なるカルバペネム耐性遺伝子を区別することができるか否かを評価した。クレブシエラ肺炎を肺炎桿菌カルバペネマーゼ(KPC)耐性遺伝子またはニューデリー・メタロベータラクタマーゼ(NDM-1)耐性遺伝子を宿す臨床単離物から得て、これらの遺伝子を区別するcrRNAを設計した。すべてのCREは、これら耐性遺伝子を欠く細菌に対して有意な信号を持っていた(図35A)。また、KPC株とNDM-1株の耐性を有意に区別することができた(図35B)。

CRISPR RNA誘導RNA分解酵素の1塩基による不一致の特異性
The assay can also be used to rapidly detect and differentiate bacterial genes of interest (eg, antibiotic resistance genes). Carbapenem-resistant enterobacteria (CRE) are a major emerging public health problem (Gupta et al., 2011). The ability of the assay to detect carbapenem resistance genes and whether the test can distinguish between different carbapenem resistance genes was evaluated. Klebsiella pneumoniae was obtained from clinical isolates harboring the Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC) resistance gene or the New Delhi metallobetalactamase (NDM-1) resistance gene, and crRNAs were designed to distinguish between these genes. All CREs had significant signals against bacteria lacking these resistance genes (Fig. 35A). It was also possible to significantly distinguish the resistance of the KPC and NDM-1 strains (Fig. 35B).

Single-base mismatch specificity of CRISPR RNA-guided RNase

特定のCRISPR RNA誘導RNA分解酵素相同分子種(例えば、LshC2c2)は、1塩基による不一致を区別するのは容易ではないことが示されている(Abudayyeh et al., 2016)。本明細書で示されたように、LwC2c2もこの特徴を共有している(図37A)。LwC2c2切断の特異性を高めるため、crRNA:標的二本鎖に合成による不一致を導入する系が開発された。この系は、不一致に対する総感度を高めて、1塩基による不一致に対する感度を可能にする。標的1に対して複数のcrRNAを設計した。これらのcrRNAはcrRNAの長さに亘って不一致を含んで(図37A)標的の切断を最適にし、1つの不一致で異なっている標的の切断を最少にする。これらの不一致は、ssRNA標的1の切断効率を低下させないが、さらなる不一致を含む標的(ssRNA標的2)に対する信号を有意に減じた。標的1と標的2を最もよく区別した設計されたcrRNAは、標的2の不一致に近い合成による不一致を含んでおり、実際に「バブル」を形成した。合成による不一致と標的に存在するさらなる不一致(すなわち二重の不一致)の協調によって生じた感度の消失は、連続または近接する二重の不一致に対するLshC2c2の感度と一致し(Abudayyeh et al., 2016)、1ヌクレオチドによる区別を可能にするcrRNAの合理的設計の型を提供する(図37B)。 It has been shown that certain CRISPR RNA-guided RNase orthologs (eg, LshC2c2) do not readily discriminate single-base mismatches (Abudayyeh et al., 2016). As shown herein, LwC2c2 also shares this feature (Fig. 37A). To increase the specificity of LwC2c2 cleavage, a system was developed to introduce a synthetic mismatch into the crRNA:target duplex. This system increases the overall sensitivity to mismatches and allows sensitivity to mismatches by a single base. Multiple crRNAs were designed against target 1. These crRNAs contain mismatches throughout the length of the crRNA (Fig. 37A) to optimize target cleavage and minimize cleavage of targets that differ by a single mismatch. These mismatches did not reduce the efficiency of cleavage of ssRNA target 1, but significantly reduced the signal to targets containing additional mismatches (ssRNA target 2). The designed crRNA that best discriminated between Target 1 and Target 2 contained a synthetic mismatch close to that of Target 2, actually forming a 'bubble'. Loss of sensitivity caused by coordination of synthetic mismatches and additional mismatches (i.e., double mismatches) present in the target is consistent with the sensitivity of LshC2c2 to consecutive or adjacent double mismatches (Abudayyeh et al., 2016). , provides a rationally designed version of the crRNA that allows discrimination by a single nucleotide (Fig. 37B).

C2c2を遺伝子操作して1塩基による不一致を認識することができることが示されたので、この遺伝子操作された特異性を用いて密接に関係するウイルス病原体を区別することができるか否かを決定した。複数のcrRNAを設計してジカウイルスのアフリカ株またはアメリカ株(図37A)およびデング熱ウイルスの株1または3(図37C)を検出した。これらのcrRNAは、スペーサー配列に合成による不一致を1つ含んでいて、標的株に結合すると合成による不一致により1つのバブルを形成した。しかしながら、合成による不一致スペーサーが非標的株に結合すると、合成による不一致とSNPによる不一致によって2つのバブルが形成される。合成による不一致crRNAは、非標的株よりも有意に大きい信号で対応する株を検出し、強固に株を区別することができた(図37B、図37D)。株間の有意な配列類似性により、真の1ヌクレオチドによる株の区別を示すために2つのゲノムで1ヌクレオチドの違いのみを持つ28ntの連続した区間を見つけることはできなかった。しかしながら、LshC2c2と共にある時、より短いcrRNAは機能的である(Abudayyeh et al., 2016)ことを予測した。従って、より短い23ntのcrRNAを、スペーサー配列に合成による不一致を、標的配列に1つのみの不一致を含む2つのジカ株の標的に対して設計した。これらのcrRNAはジカのアフリカ株およびアメリカ株を高感度で区別することができた(図36C)。

唾液から精製したDNAを用いた高速遺伝子型決定
Having shown that C2c2 can be engineered to recognize discrepancies by a single base, it was determined whether this engineered specificity could be used to distinguish between closely related viral pathogens. . Multiple crRNAs were designed to detect African or American strains of Zika virus (Figure 37A) and strains 1 or 3 of Dengue virus (Figure 37C). These crRNAs contained a single synthetic mismatch in the spacer sequence and formed a bubble of synthetic mismatch when bound to the target strain. However, when a synthetic mismatched spacer binds to a non-target strain, two bubbles are formed, the synthetic mismatch and the SNP mismatch. Synthetic mismatched crRNAs detected the corresponding strains with significantly greater signal than the non-target strains and were able to robustly discriminate strains (Figures 37B, 37D). Due to the significant sequence similarity between strains, we were unable to find a 28nt contiguous interval with only a single nucleotide difference in the two genomes to indicate true single nucleotide strain differentiation. However, we predicted that shorter crRNAs would be functional when present with LshC2c2 (Abudayyeh et al., 2016). Therefore, shorter 23-nt crRNAs were designed against two Zika strain targets containing a synthetic mismatch in the spacer sequence and only one mismatch in the target sequence. These crRNAs were able to discriminate between African and American strains of Zika with high sensitivity (Fig. 36C).

Rapid genotyping using DNA purified from saliva

ヒトの唾液からの高速遺伝子型決定は、緊急薬理ゲノム的状況または仮定での診断で有益な場合がある。遺伝子型決定について本明細書で開示される実施形態の可能性を示すため、5つの座位を選択して、23andMe遺伝子型決定データを代表基準として用いてC2c2検出を基準に従って評価した(Eriksson et al., 2010)(図38A)。5つの座位は、スタチンまたはアセトアミノフェンなど薬物に対する感度、ノロウイルス感受性、および心疾患の危険性を含む広範囲の機能的な関連に亘っている(表15)。

Figure 2023052052000028
Rapid genotyping from human saliva may be beneficial in diagnostics in emergency pharmacogenomic situations or hypotheses. To demonstrate the feasibility of the embodiments disclosed herein for genotyping, five loci were selected to be criteria-evaluated for C2c2 detection using 23andMe genotyping data as a representative criterion (Eriksson et al. ., 2010) (Fig. 38A). The five loci span a wide range of functional implications, including sensitivity to drugs such as statins or acetaminophen, norovirus susceptibility, and risk of heart disease (Table 15).
Figure 2023052052000028

4人のヒト対象者由来の唾液を採取して、簡単な市販キットを用いて1時間未満でゲノムDNAを精製した。4人の対象者は、これら5つの座位に亘って異なる組の遺伝子型を持っており、遺伝子型決定についてアッセイを評価するのに十分に広い標本空間を提供した。これら5つのSNP座位のそれぞれについて、適切なプライマーを有するRPAを用いて対象者のゲノムDNAを増幅し、LwC2c2、および2つの可能性のあるアレルの一方を特異的に検出するように設計されたcrRNA対で検出した(図38B)。前記アッセイは、非常に有意にアレルを区別し、ホモ接合性遺伝子型およびヘテロ接合性遺伝子型の両方を推測するのに十分特異的であった。検出の前に唾液に対してDNA抽出試験規約を行ったので、前記アッセイを試験して、さらに何らかの抽出をしなくても5分間95℃まで加熱した唾液を用いることによってPOC遺伝子型決定により適したものにすることができるか否かを決定した。前記アッセイは、2人の患者の唾液を5分間加熱しただけで、その後で増幅およびC2c2検出を行ったが、これらの患者の遺伝子型決定を正しく行うことができた(図40B)。

低アレル画分のcfDNAにおける癌性変異の検出
Saliva from four human subjects was collected and genomic DNA purified in less than one hour using a simple commercial kit. Four subjects had different sets of genotypes across these five loci, providing a sufficiently large sample space to evaluate the assay for genotyping. For each of these five SNP loci, RPA with appropriate primers was used to amplify the subject's genomic DNA, designed to specifically detect LwC2c2 and one of the two potential alleles. Detection was with crRNA pairs (Fig. 38B). The assay discriminated highly significantly between alleles and was specific enough to infer both homozygous and heterozygous genotypes. Since the DNA extraction test protocol was performed on saliva prior to detection, the assay was tested to be more suitable for POC genotyping by using saliva heated to 95°C for 5 minutes without any further extraction. determined whether it can be made The assay, which only heated the saliva of two patients for 5 minutes followed by amplification and C2c2 detection, was able to correctly genotype these patients (Fig. 40B).

Detection of cancerous mutations in hypoallelic fraction cfDNA

前記アッセイは標的の1ヌクレオチドの違いに非常に特異的であるので、前記アッセイが循環無細胞DNA(cfDNA)の癌変異を検出するのに十分高感度であるか否かを決定するための試験を考案した。cfDNA断片は野生型cfDNA断片の小さな割合(0.1%~5%)である(Bettegowda et al., 2014; Newman et al., 2014; Olmedillas Lopez et al., 2016; Qin et al., 2016)。cfDNA分野での重要な課題は、これら変異を検出することである。というのは、典型的には、血液中の背景に観察される多量の変異していないDNAを考えるとこれらの変異を発見するのは難しいからである(Bettegowda et al., 2014; Newman et al., 2014; Qin et al., 2016)。POCでのcfDNA癌試験もまた、特に寛解の危険性がある患者について癌の存在の通常の選別に有用である場合がある。 A test to determine whether the assay is sensitive enough to detect cancer mutations in circulating cell-free DNA (cfDNA), since the assay is highly specific for single-nucleotide differences in the target. devised. The cfDNA fragments represent a small proportion (0.1%-5%) of wild-type cfDNA fragments (Bettegowda et al., 2014; Newman et al., 2014; Olmedillas Lopez et al., 2016; Qin et al., 2016 ). A key challenge in the cfDNA field is to detect these mutations. This is because these mutations are typically difficult to spot given the large amount of unmutated DNA observed in the background in blood (Bettegowda et al., 2014; Newman et al. ., 2014; Qin et al., 2016). A cfDNA cancer test at POC may also be useful in routine screening for the presence of cancer, especially for patients at risk of remission.

野生型の背景で変異体DNAを検出するアッセイの能力は、crRNA標的部位に1つの変異を持つssDNA1の背景でdsDNA標的1を希釈することにより決定された(図41A~図41B)。LwC2c2は、背景dsDNAの0.1%という低い濃度のdsDNA1をdsDNA1のアトモル濃度以内で感知することができた。この結果は、背景変異体dsDNA1のLwC2c2切断が十分に低く、0.1%のアレル画分で標的dsDNAを強固に検出することができることを示している。0.1%未満の濃度では、背景活性は問題になると思われ、正しい標的の任意のさらに有意な検出を妨げる。 The ability of the assay to detect mutant DNA in a wild-type background was determined by diluting dsDNA target 1 in a background of ssDNA 1 with one mutation in the crRNA target site (Figures 41A-41B). LwC2c2 was able to sense concentrations of dsDNA1 as low as 0.1% of background dsDNA within the attomolar concentration of dsDNA1. This result indicates that the LwC2c2 cleavage of the background mutant dsDNA1 is sufficiently low that target dsDNA can be robustly detected at an allelic fraction of 0.1%. At concentrations below 0.1%, background activity appears to be problematic, preventing any more significant detection of the correct target.

前記アッセイは、臨床的に適切な範囲でアレル画分を持つ合成標的を感知することができたので、前記アッセイがcfDNAの癌変異を検出することができるか否かを評価した。2つの異なる癌変異EGFR L858RおよびBRAF V600Eに対するRPAプライマーを設計して、市販のcfDNA基準を、実際のヒトcfDNA試料に似せた5%、1%、および0.1%のアレル画分と共に用いて試験した。変異体アレルと野生型アレルを区別することができる1対のcrRNAを用いて(図38C)、変異体座位の両方について0.1%アレル画分の検出を達成した(図39A~図39B)

考察
Since the assay was able to detect synthetic targets with allelic fractions in a clinically relevant range, it was evaluated whether the assay could detect cancer mutations in cfDNA. RPA primers for two different cancer mutations EGFR L858R and BRAF V600E were designed using commercially available cfDNA standards with allelic fractions of 5%, 1% and 0.1% to mimic actual human cfDNA samples. tested. Using a pair of crRNAs able to distinguish between mutant and wild-type alleles (Figure 38C), detection of 0.1% allele fraction was achieved for both mutant loci (Figures 39A-B).

consideration

C2c2の天然の特性を等温増幅および消光蛍光プローブと組み合わせることで、本明細書で開示されるアッセイおよびシステムは、用途が広く強固なRNAおよびDNA検出方法であり、伝染病用途および高速遺伝子型決定を含む様々な高速診断に好適であることが分かった。本明細書で開示されるアッセイおよびシステムの主要な利点は、新規なPOC試験を0.6ドル/試験という低コストでわずか数日のうちに再設計および合成することができる点である。 Combining the natural properties of C2c2 with isothermal amplification and quenching fluorescent probes, the assays and systems disclosed herein are versatile and robust RNA and DNA detection methods for epidemic applications and rapid genotyping. It has been found to be suitable for a variety of rapid diagnostics, including A major advantage of the assays and systems disclosed herein is that new POC tests can be redesigned and synthesized in just a few days at a low cost of $0.6/test.

多くのヒトの疾患用途は1つの不一致を検出する能力を必要とするので、合理的な手法が開発されて、crRNAのスペーサー配列に合成による1つの不一致を導入することで標的配列の1つの不一致に対して非常に特異的であるようにcrRNAを遺伝子操作した。CRISPRエフェクターとの特異性を達成する他の手法は、数十のガイド設計に対する選別による方法に依存している(Chavez et al., 2016)。設計された不一致crRNAを用いて、1つの不一致で異なっている部位のジカデング熱ウイルス株の識別、ヒトの唾液gDNA由来のSNPの高速遺伝子型決定、およびcfDNA試料中の癌変異の検出が確認された。 Since many human disease applications require the ability to detect single discrepancies, rational approaches have been developed to detect single discrepancies in target sequences by introducing synthetic single discrepancies into the crRNA spacer sequence. The crRNA was engineered to be highly specific for Other approaches to achieve specificity with CRISPR effectors rely on methods of selection against dozens of guide designs (Chavez et al., 2016). Using designed discordant crRNAs, discrimination of zicading virus strains that differ at a single discordant site, rapid genotyping of SNPs from human salivary gDNA, and detection of cancer mutations in cfDNA samples were confirmed. rice field.

前記アッセイプラットフォームの低コストおよび適応性は、以下のものを含むさらなる用途に適している:(i)特定の定量PCRアッセイ(例えば、Taqman)の置き換えでの汎用RNA/DNA定量経験、(ii)マイクロアレイに似た高速多重RNA発現検出、および(iii)他の高感度検出用途(例えば、食品の他の供給源由来の核酸汚染の検出など)。また、C2c2は、生物学的設定(例えば、細胞中)での転写物の検出に用いることが可能な場合もある。また、C2c2検出の非常に特異的な性質から、転写物のアレル特異的発現あるいは生きた細胞での疾患に関連付けられた変異を追跡することも可能である。アプタマーの広い利用性により、アプタマーによるタンパク質の検出とRPAのための謎の増幅部位の解明とを組み合わせて、その後でC2c2検出を行うことでタンパク質を感知することも可能である。

CRISPR-Cas13a/C2c2による核酸検出:アトモル感度および一塩基特異性
The low cost and adaptability of the assay platform makes it suitable for further applications including: (i) general RNA/DNA quantification experience in replacement of specific quantitative PCR assays (e.g. Taqman), (ii) Rapid multiplexed RNA expression detection similar to microarrays, and (iii) other sensitive detection applications such as detection of nucleic acid contamination from other sources of food. C2c2 may also be used for transcript detection in biological settings (eg, in cells). The highly specific nature of C2c2 detection also makes it possible to follow allele-specific expression of transcripts or mutations associated with disease in living cells. Due to the wide availability of aptamers, it is also possible to combine detection of proteins by aptamers and elucidation of cryptic amplification sites for RPA, followed by C2c2 detection to sense proteins.

Nucleic Acid Detection by CRISPR-Cas13a/C2c2: Attomolar Sensitivity and Single Base Specificity

強固な信号検出を達成するため、レプトトリキア・ウェイディイ(LwCas13a)由来のCas13aの相同分子種を同定した。LwCas13aは、レプトトリキア・シャーイイCas13a(LshCas13a)に比べてより高いRNA誘導RNA分解酵素活性を示す(10)(図2、また「LwCas13a切断要件の特徴付け」を参照のこと)。ssRNA標的1(ssRNA1)、crRNA、およびレポーター(消光された蛍光RNA)と共にインキュベートしたLwCas13a(図18)(13)は、約50fMの検出感度を示した(図51、図15)。この感度は多くの診断用途に十分な高さではない(12、14~16)。従って、本発明者らは、Cas13aによる検出を異なる等温増幅工程と組み合わせることを模索した(図10、図11、図53、図16)(17、18)。模索した方法の中で、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)が最も高い感度を示し(18)、LwCas13aによる後続の検出のために増幅したDNAをRNAに変換するT7による転写と組み合わせることができる(また、上記の「リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)および他の等温増幅法についての考察」を参照のこと)。RPAによる増幅、増幅したDNAのRNAへのT7 RNAポリメラーゼ転写、およびSHERLOCKとしてのレポーター信号のCas13a副次RNA切断媒介放出による標的RNAの検出の組合せについて述べる。 To achieve robust signal detection, Casl3a orthologues from Leptotorichia weedii (LwCasl3a) were identified. LwCasl3a exhibits higher RNA-guided RNase activity compared to Leptotorichia shaii Casl3a (LshCasl3a) (10) (see also Figure 2, 'Characterization of LwCasl3a cleavage requirements'). LwCasl3a (FIG. 18) (13) incubated with ssRNA target 1 (ssRNA1), crRNA, and reporter (quenched fluorescent RNA) showed a detection sensitivity of approximately 50 fM (FIG. 51, FIG. 15). This sensitivity is not high enough for many diagnostic applications (12, 14-16). We therefore sought to combine detection by Casl3a with different isothermal amplification steps (Figs. 10, 11, 53, 16) (17, 18). Among the methods explored, recombinase polymerase amplification (RPA) showed the highest sensitivity (18) and can be combined with transcription by T7, which converts the amplified DNA to RNA for subsequent detection by LwCasl3a (also See "Discussion on Recombinase Polymerase Amplification (RPA) and Other Isothermal Amplification Methods" above). We describe a combination of amplification by RPA, T7 RNA polymerase transcription of amplified DNA into RNA, and detection of target RNA by Casl3a secondary RNA cleavage-mediated release of a reporter signal as SHERLOCK.

まず、RNA(逆転写と組み合わせた場合)またはDNA標的の検出のためにSHERLOCKの感度を決定した。本発明者らは、デジタル液滴PCR(ddPCR)で確認したようにRNAとDNAの両方で1分子感度を達成した(図27、図51、図54A、図54B)。すべてのSHERLOCK成分を1回の反応で合わせるとアトモル感度が維持された。これはこのプラットフォームの診療現場(POC)としての実行可能性を示している(図54C)。SHERLOCKは、2つの確立された高感度核酸検出法であるddPCRおよび定量的PCR(qPCR)と同程度の感度を持っているが、RPAのみでは低濃度の標的を検出するのに十分な感度ではなかった(図55A~図55D)。また、SHERLOCKは、同じ試料に対する変動係数によって測定されたようにddPCR、定量PCR、およびRPAよりも変動が少ない(図55E~図55F)。 First, the sensitivity of SHERLOCK for detection of RNA (when combined with reverse transcription) or DNA targets was determined. We achieved single-molecule sensitivity for both RNA and DNA as confirmed by digital droplet PCR (ddPCR) (Figures 27, 51, 54A, 54B). Attomolar sensitivity was maintained when all SHERLOCK components were combined in one reaction. This demonstrates the viability of this platform as a point of care (POC) (Fig. 54C). SHERLOCK is as sensitive as two established highly sensitive nucleic acid detection methods, ddPCR and quantitative PCR (qPCR), but RPA alone is not sensitive enough to detect low concentrations of targets. No (FIGS. 55A-55D). SHERLOCK is also less variable than ddPCR, quantitative PCR, and RPA as measured by the coefficient of variation for the same samples (FIGS. 55E-F).

次いで、本発明者らは、SHERLOCKが高感度が要求される伝染病用途で有効であるか否かを調べた。ジカウイルス(ZIKV)または関係するフラビウイルスデング熱(DENV)の何れかのゲノム断片を宿すレンチウイルスを作製した(19)(図31A)。SHERLOCKはウイルス粒子を2aMまで検出し、ZIKVとDENVを区別することができた(図31B)。野外でのSHERLOCKの可能性のある使用を探求するため、まず、凍結乾燥され、次いで再水和されたCas13acrRNA複合体(20)が20fMの増幅していないssRNA1を検出することができ(図33A)、その標的検出はガラス繊維紙の表面でも可能であった(図33B)ことが示された。SHERLOCKの他の成分もまた冷凍乾燥に適応可能である。RPAは凍結乾燥された試薬として周囲温度で提供される。また、T7ポリメラーゼが冷凍乾燥を許容することはこれまでに示した(2)。冷凍乾燥と紙スポッティングの組合せで、Cas13a検出反応は、水性反応として相当高い感度でssRNA1を検出した(図33C~図33E)。紙スポッティングおよび冷凍乾燥は読み出しの絶対信号をわずかに低下させるが、SHERLOCK(図31C)は20aMという低濃度で模倣ZIKVウイルスを容易に検出することができた(図31D)。SHERLOCKはまた、滴定量が2×10コピー/mL(3.2aM)と低い場合がある臨床単離物(血清、尿、または唾液)中のZIKVを検出することができる(21)。定量PCR(図32Fおよび図52B)で確認したように、患者の血清または尿試料から抽出してcDNAに逆転写したZIKV RNA(図32Eおよび図52A)は1.25×10コピー/mL(2.1aM)の濃度で検出することができた。さらに、患者試料からの信号はZIKV RNAコピー数の予測可能であり、これを用いてウイルス量を予測することができた(図33F)。核酸を精製せずに試料検出を模倣するため、ヒト血清に加えたssRNA1の検出を測定し、Cas13aが2%の血清を含む反応でRNAを検出することができることが分かった(図33G)。CRISPR-dxの他の重要な疫学用途は、細菌性病原体の同定および特定の細菌遺伝子の検出である。本発明者らは、16S rRNA遺伝子V3領域を標的した。この領域では、保存された隣接領域により、細菌種に亘って汎用RPAプライマーを用いることができ、可変内部領域によって種の区別をすることができる。異なる病原性株および大腸菌および緑膿菌から単離されたgDNAに対する5つの可能性のある標的crRNAのパネル(図34A)で、SHERLOCKは株を正しく遺伝子型決定し、低い交差反応性を示した(図34B)。また、SHERLOCKを用いて、2つの異なる耐性遺伝子肺炎桿菌カルバペネマーゼ(KPC)およびニューデリー・メタロベータラクタマーゼ1(NDM-1)で肺炎桿菌の臨床単離物の区別をすることができた(22)(図56)。 We then investigated whether SHERLOCK would be effective in infectious disease applications where high sensitivity is required. Lentiviruses harboring genomic fragments of either Zika virus (ZIKV) or the related flavivirus dengue fever (DENV) were generated (19) (Fig. 31A). SHERLOCK detected virus particles down to 2aM and was able to distinguish between ZIKV and DENV (Fig. 31B). To explore the potential use of SHERLOCK in the field, first a lyophilized and then rehydrated Cas13acrRNA complex (20) was able to detect unamplified ssRNA1 at 20 fM (Fig. 33A). ), indicating that target detection was also possible on the surface of glass fiber paper (Fig. 33B). Other components of SHERLOCK are also adaptable for freeze-drying. RPA is provided at ambient temperature as a lyophilized reagent. It has also been previously shown that T7 polymerase tolerates freeze-drying (2). With a combination of freeze-drying and paper spotting, the Casl3a detection reaction detected ssRNA1 with considerable sensitivity as the aqueous reaction (Figs. 33C-33E). Paper spotting and freeze-drying slightly reduced the absolute signal of the readout, but SHERLOCK (Fig. 31C) was able to readily detect the mimic ZIKV virus at concentrations as low as 20 aM (Fig. 31D). SHERLOCK can also detect ZIKV in clinical isolates (serum, urine, or saliva) with titers as low as 2×10 3 copies/mL (3.2 aM) (21). As confirmed by quantitative PCR (FIGS. 32F and 52B), ZIKV RNA extracted from patient serum or urine samples and reverse transcribed into cDNA (FIGS. 32E and 52A) yielded 1.25×10 3 copies/mL ( 2.1 aM) could be detected. Moreover, the signal from patient samples was predictive of ZIKV RNA copy number, which could be used to predict viral load (Fig. 33F). To mimic sample detection without nucleic acid purification, we measured the detection of ssRNA1 spiked into human serum and found that Casl3a was able to detect RNA in reactions containing 2% serum (Fig. 33G). Other important epidemiological applications of CRISPR-dx are the identification of bacterial pathogens and the detection of specific bacterial genes. We targeted the 16S rRNA gene V3 region. In this region, the conserved flanking regions allow the use of universal RPA primers across bacterial species, and the variable internal regions allow for species differentiation. In a panel of five potential target crRNAs against gDNA isolated from different pathogenic strains and E. coli and Pseudomonas aeruginosa (Fig. 34A), SHERLOCK correctly genotyped the strains and showed low cross-reactivity. (Fig. 34B). SHERLOCK was also used to distinguish clinical isolates of Klebsiella pneumoniae with two different resistance genes Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC) and New Delhi metallobetalactamase 1 (NDM-1) (22). (Fig. 56).

SHERLOCKの特異性を高めるため、LwCas13aが1塩基の不一致で異なっている標的を区別することができるcrRNA:標的二本鎖に合成による不一致を導入した(図36A、図36B;また上記の「遺伝子操作による不一致の設計」を参照のこと)。本発明者らは、スペーサー配列に合成による不一致を持つ複数のcrRNAを設計して、ZIKVのアフリカ株またはアメリカ株(図37A)およびDENVの株1または3(図37C)の何れかを検出した。合成による不一致crRNAは、非標的株に比べて有意に高い信号で対応する株を検出し(両側スチューデントt-検定;p<0.01)、1つの不一致に基づく強固な株の識別を可能にした(図37B、図37D、図36C)。さらに、特徴付けから、Cas13a検出は、最大の特異性を達成しつつ、変異がスペーサーの位置3にあり、合成による不一致が位置5にある場合に標的の感度を維持することが明らかになった(図57および図58)。1塩基の違いを検出する能力は、高速なヒト遺伝子型決定にSHERLOCKを用いる機会をもたらした。本発明者らは、健康に関連した1塩基多型(SNP)の範囲に亘る5つの座位を選択し(表1)、これらSNPで代表的な基準として23andMe遺伝子型決定データを用いてSHERLOCK検出を評価した(23)(図38A)。対象の座位に亘って異なる遺伝子型を持つ4人のヒト対象者から唾液を採取し、市販のカラム精製または5分間の直接加熱のいずれかでゲノムDNAを抽出した(20)。SHERLOCKは、非常に有意で十分な特異性でアレルを区別して、ホモ接合性遺伝子型とヘテロ接合性遺伝子型の両方を推測した(図38B、図40、図59、図60;また上記の「合成基準を用いたSHERLOCKによる遺伝子型決定」を参照のこと)。最後には、SHERLOCKが無細胞(cf)DNA断片中で頻度の低い癌変異を検出することができるか否かを決定することを調べた。これは、患者の血液中に野生型DNAが高濃度で存在するために困難である(24~26)。まず、SHERLOCKはゲノムDNAの背景で希釈されたアトモル濃度でssDNA1を検出することができることが見出された(図61)。次いで、SHERLOCKはまた、背景DNAの0.1%という低濃度で一塩基多型(SNP)を含むアレルを検出することができることが見出された(図41A、図41B)。次いで、SHERLOCKは、0.1%という低いアレル画分を持つ模造cfDNA試料中で2つの異なる癌変異、EGFR L858RおよびBRAF V600Eを検出することができた(図38、図39)(20)ことが示された。 To increase the specificity of SHERLOCK, a synthetic mismatch was introduced into the crRNA:target duplex that allows LwCasl3a to discriminate between targets that differ by a single base mismatch (Figures 36A, 36B; Designing Discrepancies by Operation”). We designed multiple crRNAs with synthetic mismatches in the spacer sequence to detect either African or American strains of ZIKV (Fig. 37A) and strains 1 or 3 of DENV (Fig. 37C). . Synthetic mismatched crRNA detected corresponding strains with significantly higher signal than non-target strains (two-tailed Student's t-test; p<0.01), allowing robust strain discrimination based on one mismatch. (Figs. 37B, 37D, 36C). Furthermore, characterization revealed that Casl3a detection achieved maximum specificity while maintaining target sensitivity when the mutation was at spacer position 3 and the synthetic mismatch was at position 5. (Figures 57 and 58). The ability to detect single base differences has provided an opportunity to use SHERLOCK for rapid human genotyping. We selected five loci spanning a range of health-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) (Table 1) and used 23andMe genotyping data as a representative criterion for these SNPs for SHERLOCK detection. was evaluated (23) (Fig. 38A). Saliva was collected from four human subjects with different genotypes across the loci of interest and genomic DNA was extracted by either commercial column purification or direct heating for 5 minutes (20). SHERLOCK discriminated alleles with highly significant and sufficient specificity to infer both homozygous and heterozygous genotypes (Figs. 38B, 40, 59, 60; also above " Genotyping with SHERLOCK Using Synthetic Criteria”). Finally, it was investigated to determine whether SHERLOCK can detect rare cancer mutations in cell-free (cf) DNA fragments. This is difficult due to the high concentration of wild-type DNA present in the blood of patients (24-26). First, it was found that SHERLOCK can detect ssDNA1 at attomole concentrations diluted in the background of genomic DNA (Fig. 61). It was then found that SHERLOCK can also detect alleles containing single nucleotide polymorphisms (SNPs) at concentrations as low as 0.1% of background DNA (Figures 41A, 41B). SHERLOCK was then able to detect two different cancer mutations, EGFR L858R and BRAF V600E, in sham cfDNA samples with an allelic fraction as low as 0.1% (Figures 38, 39) (20). It has been shown.

SHERLOCKプラットフォームは、以下のものを含むさらなる用途に適している:(i)特定の定量PCRアッセイ(例えば、Taqman)に代わる汎用RNA/DNA定量、(ii)高速多重RNA発現検出、および(iii)核酸汚染の検出など、他の高感度検出用途。また、Cas13aは、生物学的設定内で転写物を検出すること、および転写物のアレル特異的発現および生きた細胞での疾患に関連付けられた変異を追跡することが可能であった。SHERLOCKは、用途が広く強固なRNAおよびDNA検出方法であり、伝染病用途および高感度遺伝子型決定を含む高速診断に好適であることが示された。SHERLOCKの紙での試験は、0.61ドル/試験という低コストでわずか数日のうちに高い信頼性でもって再設計および合成することができる(また、上記の「SHERLOCKは、価格が手頃な適応可能なCRISPR-Dxプラットフォームである」を参照のこと)。というのは、ほとんどすべての試験されたcrRNAは高感度および特異性を示したからである。これらの品質はCRISPR-Dxの力を強調するものであり、生物学的分子の高速で強固で高感度な検出に新たな道を開く。

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実施例3 C2c2は感染を防ぎ、リンパ球性脈絡髄膜炎(LCMV)の複製を低下させる The SHERLOCK platform is suitable for additional applications including: (i) general purpose RNA/DNA quantification as an alternative to specific quantitative PCR assays (e.g. Taqman), (ii) rapid multiplexed RNA expression detection, and (iii). Other sensitive detection applications, such as detection of nucleic acid contamination. Casl3a was also able to detect transcripts in a biological setting and to track allele-specific expression of transcripts and disease-associated mutations in living cells. SHERLOCK has been shown to be a versatile and robust RNA and DNA detection method suitable for rapid diagnostics, including infectious disease applications and sensitive genotyping. The SHERLOCK paper test can be reliably redesigned and synthesized in just a few days at a low cost of $0.61/test (and above, "SHERLOCK is an affordable Adaptable CRISPR-Dx Platform”). This is because almost all tested crRNAs showed high sensitivity and specificity. These qualities underscore the power of CRISPR-Dx and open new avenues for fast, robust and sensitive detection of biological molecules.
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Example 3 C2c2 prevents infection and reduces replication of lymphocytic choriomeningitis (LCMV)

図67に示すように、また以下の表20に示すように、LCMVゲノムの様々な領域に結合するようにガイドRNAを設計した。

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Guide RNAs were designed to bind to various regions of the LCMV genome, as shown in Figure 67 and as shown in Table 20 below.
Figure 2023052052000037

リポフェタミン2000を用いて、核外搬出シグナルでmsfGFPに融合させたレプトトリキア・ウェイディイ(Lw)C2c2/Cas13aを発現しているプラスミドとガイドRNAを発現しているプラスミドを293FT細胞に形質移入した。リポフェタミン-プラスミド混合物の添加と同時に293FT細胞を播種した。24時間後、形質移入した293FT細胞をLCMVアームストロング株(多重感染度:5、1時間)に感染させた(ウイルス力価はベロ細胞によるフォーカス形成単位アッセイで決定された)。感染の1時間後、細胞をクエン酸塩緩衝液で洗浄して、細胞に感染せず感染培地に残留しているウイルスを破壊した。感染の48時間後、ウイルスを含む上澄みを除去して、ヌクレアーゼを含まない水で1:10に希釈し、LCMV GPに対するプライマーと共にRT-定量PCRの入力として用いた。結果を図68に示す。 293FT cells were transfected with a plasmid expressing Leptotorichia weedii (Lw) C2c2/Casl3a fused to msfGFP with a nuclear export signal and a plasmid expressing a guide RNA using Lipofetamine 2000. 293FT cells were seeded simultaneously with the addition of the lipofetamine-plasmid mixture. Twenty-four hours later, the transfected 293FT cells were infected with the LCMV Armstrong strain (multiplicity: 5, 1 hour) (viral titer determined by focus-forming unit assay on Vero cells). One hour after infection, the cells were washed with citrate buffer to destroy virus remaining in the infection medium that did not infect the cells. Forty-eight hours after infection, virus-containing supernatant was removed, diluted 1:10 in nuclease-free water, and used as input for RT-quantitative PCR with primers to LCMV GP. The results are shown in FIG.

293FT細胞はLCMV感染の1日前に播種されたので、感染は80~85%の密集度で行われた。播種の24時間後、293FT細胞をLCMVアームストロング株で感染させた(多重感染度:5、1時間)(ウイルス力価はベロ細胞によるフォーカス形成単位アッセイで決定された)。感染の1時間後、細胞をクエン酸塩緩衝液で洗浄して、細胞に感染せずに感染培地に残留しているウイルスを破壊した。24時間後、リポフェタミン2000を用いて、核外搬出シグナルでmsfGFPに融合させたLw C2c2/Cas13aを発現しているプラスミドと、ガイドRNAを発現しているプラスミドを293FT細胞に形質移入した。感染の48時間後、ウイルスを含む上澄みを除去して、ヌクレアーゼを含まない水で1:10に希釈して、LCMV GPに対するプライマーと共にRT-定量PCRの入力として用いた。結果を図69に示す。 293FT cells were seeded one day prior to LCMV infection so that infection was performed at 80-85% confluency. Twenty-four hours after seeding, 293FT cells were infected with the LCMV Armstrong strain (multiplicity: 5, 1 hour) (viral titer determined by focus-forming unit assay on Vero cells). One hour after infection, the cells were washed with citrate buffer to destroy virus remaining in the infection medium without infecting the cells. Twenty-four hours later, 293FT cells were transfected with the plasmid expressing Lw C2c2/Casl3a fused to msfGFP with a nuclear export signal and the plasmid expressing the guide RNA using Lipofetamine 2000. Forty-eight hours after infection, virus-containing supernatant was removed, diluted 1:10 in nuclease-free water, and used as input for RT-quantitative PCR with primers to LCMV GP. The results are shown in FIG.

リポフェタミン2000を用いて、核外搬出シグナルでmsfGFPに融合させたLw C2c2/Cas13aを発現しているプラスミドと、ガイドRNAを発現している1つまたは複数のプラスミドのいずれかを293FT細胞に形質移入した。リポフェタミン-プラスミド混合物の添加と同時に293FT細胞を播種した。1~4個の異なるガイドRNAと共に細胞を形質移入した。24時間後、細胞をLCMVアームストロング株で感染させた(多重感染度:5、1時間)(ウイルス力価はベロ細胞によるフォーカス形成単位アッセイで決定された)。感染の1時間後、細胞をクエン酸塩緩衝液で洗浄して、細胞に感染せず感染培地に残留しているウイルスを破壊した。感染の48時間後、ウイルスを含む上澄みを除去して、ヌクレアーゼを含まない水で1:10に希釈し、LCMV GPに対するプライマーと共にRT-定量PCRの入力として用いた。結果を図70に示す。 293FT cells were transfected with either a plasmid expressing Lw C2c2/Cas13a fused to msfGFP with a nuclear export signal and one or more plasmids expressing guide RNAs using Lipofetamine 2000. bottom. 293FT cells were seeded simultaneously with the addition of the lipofetamine-plasmid mixture. Cells were transfected with 1-4 different guide RNAs. Twenty-four hours later, cells were infected with the LCMV Armstrong strain (multiplicity: 5, 1 hour) (viral titer determined by focus-forming unit assay on Vero cells). One hour after infection, the cells were washed with citrate buffer to destroy virus remaining in the infection medium that did not infect the cells. Forty-eight hours after infection, virus-containing supernatant was removed, diluted 1:10 in nuclease-free water, and used as input for RT-quantitative PCR with primers to LCMV GP. The results are shown in FIG.

図68~図70より明かであるが、ウイルスRNAを標的するように設計されたCRISPR系は、特に複数のガイドRNAを用いた場合、ウイルス複製、従ってウイルス量を低減させることができる。

実施例4 Cas13標的ガイドのためのLCMVの全ゲノム選別
As is evident from Figures 68-70, CRISPR systems designed to target viral RNA can reduce viral replication and thus viral load, especially when multiple guide RNAs are used.

Example 4 Genome-Wide Selection of LCMV for Cas13 Target Guidance

ゲノム規模の選別を行って最も効率的なガイドRNAを特定した。283個のガイドRNAをLCMVゲノムに亘ってコード鎖の50ntごと(207個のガイド)、および非コード鎖の150ntごと(76ガイド)にタイル積みした。 A genome-wide selection was performed to identify the most efficient guide RNAs. 283 guide RNAs were tiled across the LCMV genome every 50 nt on the coding strand (207 guides) and every 150 nt on the non-coding strand (76 guides).

LCMV選別設計および方法:LCMV複製を低減させるガイドの全ゲノム選別を行うため、ガイドをLCMVゲノムのS分節およびL分節の両方に亘ってタイル積みした。コード領域では、28ntのガイドをコード領域に沿って50ntごとに設計した。非コード領域では、ガイドを150ntごとに設計した。LCMVには4種のタンパク質(GPC、NP(またはdN)、Z、およびL)に対して4つのコード領域があり、これら4種のタンパク質のそれぞれは自身の非コード領域を持つ。この方法では、合計283個のガイドを試験した。GPC:非コード領域に11個のガイド、コード領域に32個のガイド;NP:非コード領域に12個のガイド、コード領域に35個のガイド;Z:非コード領域に4個のガイド、コード領域に7個のガイド;L:非コード領域に49個のガイド、コード領域に133個のガイド。それぞれのgRNAのスペーサー配列、LCMVゲノム内の相対位置、およびLMCV遺伝子を以下の表21に示す。

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LCMV selection design and methods: To perform genome-wide selection of guides that reduce LCMV replication, guides were tiled across both the S and L segments of the LCMV genome. In the coding region, 28nt guides were designed every 50nt along the coding region. In non-coding regions, guides were designed every 150 nt. LCMV has four coding regions for four proteins (GPC, NP (or dN), Z, and L) and each of these four proteins has its own noncoding region. A total of 283 guides were tested in this method. GPC: 11 guides in noncoding region, 32 guides in coding region; NP: 12 guides in noncoding region, 35 guides in coding region; Z: 4 guides in noncoding region, coding 7 guides in the region; L: 49 guides in the noncoding region, 133 guides in the coding region. The spacer sequence of each gRNA, its relative position within the LCMV genome, and the LMCV gene are shown in Table 21 below.
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選別を行うため、リポフェタミン2000を用いて、BFP蛍光と共にCas13aをコードするプラスミドおよび1つのガイドをコードするプラスミドと一緒にHEK293FT細胞を逆形質移入した。また、1つの空ベクターおよび2つの非標的ガイドの3つの対照ガイドを形質移入した。形質移入の24時間後、細胞を多重感染度1で1時間GFP発現LCMVに感染させた。次いで、GFP蛍光度によって測定されたように、感染の48時間後にウイルスの複製を測定した(逆形質移入の72時間後)。ウイルス複製を低減するガイドの画分を図71および以下の表22に示す。GFP蛍光度の倍率変化で測定されるように、ウイルスの低下量を図72に示す。図73は、GFPの低下を示す代表画像を示している。図74から明かであるが、標的ガイドはLCMVゲノムに沿ってかたまっている。

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実施例5 ジカcDNA、RNA、およびウイルス粒子の検出限界の決定 For selection, HEK293FT cells were reverse transfected with a plasmid encoding Casl3a with BFP fluorescence and a plasmid encoding one guide using Lipofetamine 2000. Three control guides were also transfected, one empty vector and two non-targeting guides. Twenty-four hours after transfection, cells were infected with GFP-expressing LCMV at a multiplicity of 1 for 1 hour. Viral replication was then measured 48 hours post-infection (72 hours post-reverse transfection) as measured by GFP fluorescence. Fractions of guides that reduce viral replication are shown in Figure 71 and Table 22 below. The amount of virus reduced, as measured by the fold change in GFP fluorescence, is shown in FIG. FIG. 73 shows representative images showing GFP depletion. As is evident from Figure 74, the targeting guides are clustered along the LCMV genome.
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Example 5 Determination of Detection Limits for Zika cDNA, RNA, and Viral Particles

ジカウイルス特異的RPAプライマーおよびジカウイルス特異的crRNAによるSHERLOCK法を用いてジカcDNA、RNA、およびウイルス粒子の検出限界を決定した。 Detection limits for Zika cDNA, RNA, and viral particles were determined using the SHERLOCK method with Zika virus-specific RPA primers and Zika virus-specific crRNA.

cDNAを検出するため、ウイルス種保存液由来のジカウイルスcDNAを水または尿で希釈した。熱不活性を行って臨床試料中のウイルス粒子の熱不活性処理を模倣し、ヒトの尿中に存在するRNAを不活性化した。RPAを20分行って、次いでCas13a検出を行った。棒グラフに示す蛍光度は1時間後に測定したものである(図77A)。 To detect the cDNA, the Zika virus cDNA from the virus seed stock was diluted with water or urine. Heat inactivation was performed to mimic the heat inactivation treatment of virus particles in clinical samples and to inactivate RNA present in human urine. RPA was performed for 20 minutes followed by Casl3a detection. The fluorescence intensity shown in the bar graph was measured after 1 hour (Fig. 77A).

RNAを検出するため、ウイルス種保存液由来のジカウイルスRNAを水、尿、または予め熱とRNA分解酵素で不活性化した尿で希釈した。熱処理前に、熱とRNA分解酵素で不活性化した健康な尿に対してTCEP/EDTAを加える。この処理は、RNAの分解を防止するためのRNA分解酵素の不活性の重要性を示すものである。RT-RPAを20分行って、次いでCas13a検出を行った。棒グラフに示される蛍光度は1時間後に測定したものである(図77B)。 For RNA detection, Zika virus RNA from viral seed stocks was diluted in water, urine, or urine previously inactivated with heat and RNase. TCEP/EDTA is added to heat and RNase inactivated healthy urine prior to heat treatment. This treatment demonstrates the importance of RNase inactivation to prevent RNA degradation. RT-RPA was performed for 20 minutes followed by Casl3a detection. The fluorescence intensity shown in the bar graph was measured after 1 hour (Fig. 77B).

ウイルス粒子を検出するため、細胞培養物の上澄みに由来するジカウイルス粒子をPBSまたは尿で希釈した。次いで、TCEP/EDTAと共に試料を熱とRNA分解酵素で不活性化し、25分間熱処理した(55℃で20分、95℃で5分)。この2工程の熱処理により、ウイルス粒子からRNAを放出させる前に尿中のRNA分解酵素を不活性させることができる(ジカウイルス粒子は65℃未満の温度で安定である)。RNA分解酵素の不活性化後、95℃の工程でウイルス粒子からRNAを放出させる。RT-RPAを20分行って、次いでCas13a検出を行った。棒グラフに示す蛍光は1時間後に測定されたものである(図77C)。 To detect virus particles, Zika virus particles from cell culture supernatants were diluted in PBS or urine. Samples were then heat and RNase inactivated with TCEP/EDTA and heat treated for 25 min (20 min at 55°C, 5 min at 95°C). This two-step heat treatment can inactivate RNase in the urine before releasing RNA from the virus particles (Zika virus particles are stable at temperatures below 65°C). After inactivation of the RNase, a 95° C. step releases the RNA from the virus particles. RT-RPA was performed for 20 minutes followed by Casl3a detection. The fluorescence shown in the bar graph was measured after 1 hour (Fig. 77C).

ウイルス試料中の1ヌクレオチド多様体を以下のように検出した。試料は、変異体配列を標的するcrRNAおよび野生型配列を標的するcrRNAの両方で試験した。相対蛍光度を用いて存在するアレルを決定した(図78A)。 Single nucleotide variants in virus samples were detected as follows. Samples were tested with both crRNAs targeting mutant sequences and crRNAs targeting wild-type sequences. Relative fluorescence was used to determine the alleles present (Fig. 78A).

図78Bは、SHERLOCK法で試験した3つのSNPのゲノム位置を示す。簡略化した系統樹は、これらSNPと2015年のジカウイルス大流行時に発生したSNPとの関係を示している。 Figure 78B shows the genomic locations of the three SNPs tested with the SHERLOCK method. A simplified phylogenetic tree shows the relationship between these SNPs and those that occurred during the 2015 Zika virus outbreak.

図78Cに示すグラフは、2015年のジカウイルス大流行時に発生した異なるSNPと、SNPが発生した場所に対応している。各棒は、変異多様体または野生型多様体のいずれかに対応する配列を持つ合成gブロック、祖先の配列を持つ種保存液に由来するcDNA(すなわち、変異のない多様体)、または入力なし(水)のいずれかを表している。各試料を20分間のRPAで増幅した。棒は検出反応の1時間後の蛍光を表す。濃い影の棒は、変異体crRNAを検出反応に用いた場合に測定された蛍光度を表し、薄い影の棒は、野生型crRNAを用いた時に測定された蛍光度を表す。 The graph shown in Figure 78C corresponds to the different SNPs that occurred during the 2015 Zika virus outbreak and where the SNPs occurred. Each bar represents a synthetic g-block with sequence corresponding to either a mutant or wild-type variant, a cDNA from a seed stock with ancestral sequence (i.e., a variant without mutation), or no input. (water). Each sample was amplified with RPA for 20 minutes. Bars represent fluorescence after 1 hour of detection reaction. Dark-shaded bars represent fluorescence measured when mutant crRNA is used in the detection reaction, light-shaded bars represent fluorescence measured when wild-type crRNA is used.

cDNAは3つの臨床試料に由来していた。2015年のジカ大流行のそれぞれの場所に関連付けられたもの、および祖先の配列を持つ種保存液に由来するcDNA(変異のない多様体)を変異体crRNAと野生型crRNAで試験した。図78Dに示すグラフは、1時間後の変異体cRNAと野生型cRNAの蛍光度の比を表す。比が1より大きいことは、変異体crRNAの蛍光度が野生型crRNAの蛍光度よりも高いことを示しており、従って、試験した試料中に変異多様体が存在することを示している。紫色はDOMUSA SNP、橙色はUSA SNP、緑色はHND SNPである。 The cDNA was derived from 3 clinical samples. cDNAs (unmutated variants) from seed stocks with ancestral sequences associated with each location of the 2015 Zika outbreak were tested with mutant and wild-type crRNAs. The graph shown in Figure 78D represents the fluorescence intensity ratio of mutant cRNA and wild-type cRNA after 1 hour. A ratio greater than 1 indicates that the mutant crRNA is more fluorescent than the wild-type crRNA, thus indicating the presence of the mutant variant in the sample tested. Purple is DOMUSA SNP, orange is USA SNP and green is HND SNP.

図78Eのヒートマップは、crRNAのそれぞれに対する各試料について、図78Dで示した蛍光度の比をlog変換したものを示している。0より大きい値は変異多様体の存在を示している。 The heat map in Figure 78E shows the log 2 transformed ratio of the fluorescence intensities shown in Figure 78D for each sample against each of the crRNAs. Values greater than 0 indicate the presence of mutant variants.

S139Nは、最近のジカ大流行時に観察された小頭症の表現型において役割を担ったと近年同定された多様体である(Yuan, L. 2017. Science)。図78Fの各棒は、S139N多様体またはN139S多様体に対応する配列を持つ合成gブロック、S139N多様体を持つ種保存液に由来するcDNA、または入力なし(水)の何れかを表している。各試料を20分間のRPAで増幅した。棒は、検出反応の1時間後の蛍光を表している。濃い影の棒は、S139N標的crRNAを検出反応に用いた時に測定された蛍光度を表し、薄い影の棒は、N139S標的crRNAを用いた時に測定された蛍光度を表す。本発明者らは、小頭症にこの多様体が関連付けられるという発表の1週間以内にRPAプライマーガイドを設計して、それらを試験することができた。これは、本発明の方法の速度/即時性を強調するものである。

実施例6 デング熱ウイルスのSHERLOCKパネル
S139N is a variant recently identified as playing a role in the microcephalic phenotype observed during the recent Zika outbreak (Yuan, L. 2017. Science). Each bar in FIG. 78F represents either the S139N variant or a synthetic g-block with sequence corresponding to the N139S variant, cDNA from seed stock with the S139N variant, or no input (water). . Each sample was amplified with RPA for 20 minutes. Bars represent fluorescence after 1 hour of detection reaction. Dark-shaded bars represent fluorescence measured when S139N-targeted crRNA was used in the detection reaction, and light-shaded bars represent fluorescence measured when N139S-targeted crRNA was used. We were able to design RPA primer guides and test them within a week of the announcement that this variant was associated with microcephaly. This underscores the speed/immediacy of the method of the present invention.

Example 6 Dengue Virus SHERLOCK Panel

多血清型デング熱SHERLOCKパネルが図79Aに示されている。デング熱に特異的な1組のRPAプライマーをRPAに用いる。次いで、RPA反応液を4つの反応液に分けて(血清型に特異的なガイドが各反応液中にある)、デング熱ウイルスの4つの血清型を区別することができる。図79Bでは、x軸の各目盛りは、SHERLOCK反応の入力として用いられたgブロック鋳型を表す。各鋳型を1組のRPAプライマーと共に増幅し、次いで、各RPA反応液をcrRNAのそれぞれ(DENV1 crRNA、DENV2 crRNA、DENV3 crRNA、およびDENV4 crRNA)に対して試験した。RPA反応を20分行った。棒グラフに示す蛍光度は3時間後に測定したものである。紫色の各影は血清型に特異的なcrRNAを示している。この棒グラフの別の表示形態が図79Cにlog10目盛りの蛍光度として示されている。

実施例7 様々なフラビウイルスのSHERLOCKパネル
A multi-serotype dengue SHERLOCK panel is shown in FIG. 79A. A set of RPA primers specific for dengue fever is used for RPA. The RPA reactions can then be divided into four reactions (with serotype-specific guides in each reaction) to distinguish between the four serotypes of dengue virus. In Figure 79B, each tick on the x-axis represents a g-block template that was used as input for the SHERLOCK reaction. Each template was amplified with a set of RPA primers, and each RPA reaction was then tested against each of the crRNAs (DENV1 crRNA, DENV2 crRNA, DENV3 crRNA, and DENV4 crRNA). RPA reactions were carried out for 20 minutes. The fluorescence intensity shown in the bar graph was measured after 3 hours. Each purple shade indicates a serotype-specific crRNA. An alternative display of this bar graph is shown in FIG. 79C as fluorescence on a log 10 scale.

Example 7 SHERLOCK panel of various flaviviruses

図80Aは、フラビウイルスのSHERLOCKパネルがどのように作用するかを示している。4つの異なる関係したフラビウイルスを増幅することができる1組のRPAプライマーをRPAに用いる。次いで、RPA反応液を4つの反応液に分けて(ウイルスに特異的なガイドが各反応液にある)、ジカウイルス、西ナイルウイルス、デング熱ウイルス、および黄熱ウイルスの存在を区別することができる。図80Bでは、x軸の各目盛りはSHERLOCK反応の入力として用いられたgブロック鋳型を表している。各鋳型を1組のRPAプライマーと共に増幅し、次いで、crRNA(ZIKV crRNA、WNV crRNA、DENV crRNA、およびYFV crRNA)のそれぞれに対して各RPA反応を試験した。RPA反応を20分行った。棒グラフに示した蛍光度は3時間後に測定したものである。各色は、ウイルスに特異的なcrRNAを示している。図80Cでは、x軸の各目盛りは、共感染を検出するSHERLOCKの能力を模倣するのにSHERLOCK反応の入力として用いられた2つのgブロック鋳型を表す。各反応液を1組のRPAプライマーと共に増幅し、次いで、crRNAのそれぞれ(ZIKV crRNA、WNV crRNA、DENV crRNA、およびYFV crRNA)に対して各RPA反応液を試験した。RPA反応を20分行った。棒グラフに示した蛍光度は3時間後に測定したものである。各色は、ウイルスに特異的なcrRNAを示している。白色ブロックと灰色ブロックが交互になっており、各棒は、各ブロックに保存されたZIKV crRNA、WNV crRNA、DENV crRNA、およびYFV crRNAの順で試験したガイドから得られた蛍光度を表す。図80Bおよび図80Cの棒グラフで示した測定された蛍光度の別の表示形態がそれぞれ、図81Aおよび図81Bに示されている。

実施例8 CRISPR-Cas13aによるウイルス診断
FIG. 80A shows how the flavivirus SHERLOCK panel works. A set of RPA primers capable of amplifying four different related flaviviruses is used for RPA. The RPA reactions can then be divided into four reactions (with virus-specific guides in each reaction) to distinguish the presence of Zika virus, West Nile virus, dengue virus, and yellow fever virus. . In Figure 80B, each tick on the x-axis represents a g-block template that was used as input for the SHERLOCK reaction. Each template was amplified with a set of RPA primers and then each RPA reaction was tested against each of the crRNAs (ZIKV crRNA, WNV crRNA, DENV crRNA and YFV crRNA). RPA reactions were carried out for 20 minutes. The fluorescence shown in the bar graph was measured after 3 hours. Each color represents a virus-specific crRNA. In FIG. 80C, each tick on the x-axis represents two g-block templates that were used as inputs for the SHERLOCK reaction to mimic SHERLOCK's ability to detect co-infections. Each reaction was amplified with a set of RPA primers and then tested against each of the crRNAs (ZIKV crRNA, WNV crRNA, DENV crRNA, and YFV crRNA). RPA reactions were carried out for 20 minutes. The fluorescence shown in the bar graph was measured after 3 hours. Each color represents a virus-specific crRNA. White and gray blocks alternate, with each bar representing the fluorescence obtained from guides tested in the order of ZIKV crRNA, WNV crRNA, DENV crRNA, and YFV crRNA stored in each block. An alternative display of the measured fluorescence shown in the bar graphs of Figures 80B and 80C is shown in Figures 81A and 81B, respectively.

Example 8 Virus diagnosis by CRISPR-Cas13a

本出願人らはCRISPR-Cas13検出プラットフォームSHERLOCKを用いて尿から直接ジカウイルスを検出する、複数の病原性ウイルスを区別する、かつ臨床的に適切な適応変異を同定する。 Applicants use the CRISPR-Cas13 detection platform SHERLOCK to detect Zika virus directly from urine, to distinguish between multiple pathogenic viruses, and to identify clinically relevant adaptive mutations.

最近のウイルス大流行は、特に臨床実験室から離れた地域でウイルス感染を診断するという大きな課題を浮き彫りにした。ウイルス診断は、2016年のZIKV大流行にはとりわけ困難であった。というのも、一部にはZIKVはヒトの試料中に少ない滴定量で維持され、一過性感染であるためである。既存の診断技術の限界の結果、ウイルスが何ヶ月も循環した後に初めての症例が臨床的に確認された(Metsky et al. 2017)。例えば、核酸の検出は非常に高感度で、素早く適応可能であるが、広範囲な試料操作および高価な機器が要求される。これに対して、抗原および抗体による試験は、高速で最低限の装置を必要とするが、感度が低く、開発するのに数ヶ月もかかる場合がある。理想的な診断は、核酸診断法の感度、特異性、および柔軟性と抗原による試験の低コストおよびスピードとを組み合わせることである。そのような診断法であれば出現しつつあるウイルス大流行を前にして速やかに開発・配備することができ、野外での疾患の監視に好適であろう。 Recent viral outbreaks have highlighted significant challenges in diagnosing viral infections, especially in areas remote from clinical laboratories. Viral diagnosis was particularly difficult for the 2016 ZIKV outbreak. This is partly because ZIKV is maintained at low titers in human samples and is a transient infection. Limitations of existing diagnostic techniques resulted in the first clinically confirmed cases after the virus had been circulating for many months (Metsky et al. 2017). For example, detection of nucleic acids is very sensitive and rapidly adaptable, but requires extensive sample manipulation and expensive instrumentation. In contrast, antigen and antibody tests are fast and require minimal equipment, but are less sensitive and can take months to develop. An ideal diagnosis would combine the sensitivity, specificity, and flexibility of nucleic acid diagnostics with the low cost and speed of antigen-based testing. Such diagnostics could be rapidly developed and deployed in the face of emerging viral outbreaks and would be well suited for field disease surveillance.

本明細書では、本出願人らはCas13に基づいた核酸検出プラットフォームSHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing=特定高感度酵素レポーターアンロッキング)を用いてウイルス診断法を開発する(図82A)。RNA誘導リボヌクレアーゼCas13は、副次切断により信号を1,000倍超増幅することができ、crRNA:標的対に基づいて特異性を高める。また、Cas13は、順応性の高いウイルス診断プラットフォームを可能にする。というのは、単にcrRNA配列を変更するだけで新しいウイルス病原体または変異を標的することができるからである。リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)を用いてCas13aを上流の等温増幅と対にすることで、高価な機器という要件なしでその感度をさらに高められる。SHERLOCKプラットフォームを用いて、本出願人らは体液から直接ウイルスを検出し、ウイルスパネルを作成して複数のウイルス種および株を区別し、臨床的に適切な変異を同定する診断法を開発する。 Here, we develop a viral diagnostic method using the Cas13-based nucleic acid detection platform SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) (Figure 82A). The RNA-guided ribonuclease Cas13 can amplify the signal more than 1,000-fold by secondary cleavage, increasing specificity based on crRNA:target pairs. Cas13 also enables a highly adaptable viral diagnostic platform. This is because it is possible to target new viral pathogens or mutations simply by altering the crRNA sequence. Pairing Casl3a with upstream isothermal amplification using recombinase polymerase amplification (RPA) further enhances its sensitivity without the requirement for expensive instrumentation. Using the SHERLOCK platform, Applicants will develop diagnostics to detect viruses directly from bodily fluids, generate viral panels to distinguish between multiple viral species and strains, and identify clinically relevant mutations.

本出願人らはまず、ZIKV用のSHERLOCKアッセイの感度を調べ(Gootenberg et al. 2017)、それがZIKV cDNAに対して1コピー(1cp)感度を持っていることを決定した(図86)。本出願人らは、2016年のZIKV大流行に由来する試料に由来する1組40個のcDNAでSHERLOCKの性能を評価した(図82B、図87)。これは、ZIKVを持つ患者由来の37個の試料(13個の血漿試料、13個の血清試料、および11個の尿試料)と蚊の供給源由来の3個の試料を含んでいた。本出願人らは、37個の臨床試料のうち25個(68%)、3個の蚊の供給源のうち3個(100%)からcDNA中のZIKVを検出することができた。本出願人らは、これら40個のcDNA試料について、より多くの増幅産物を含むPCR法とSHERLOCK検出とを比較した。PCR法では、ZIKV cDNAをタイルして、35個の標的部位を含む2つの異なるPCRプライマー供給源を用いて増幅する(Quick et al. 2017)(図82C)。本出願人らは、Agilent Tapestationを用いてこれらの増幅産物PCR生成物を定量し、ZIKVの有無(赤色の破線)を決定する閾値を選択して、ゲノム配列カバレッジによって測定される精度を最大にした(図88、詳細は「方法」を参照のこと)。少なくとも1つの方法を用いて陽性だった32個の試料のうち、25個は78%の一致率で両方の方法で陽性であった(ベン図を参照のこと)。増幅産物PCRによって全ゲノムをタイルしたにもかかわらず、また増幅産物PCRの入力容積(2.5μl)がSHERLOCK(1μl)よりも大きかったにもかかわらず、いずれの方法も同じ性能を持っていた。これらの結果は、SHERLOCKの感度と、臨床試料へうまく応用できることを示している。 Applicants first examined the sensitivity of the SHERLOCK assay for ZIKV (Gootenberg et al. 2017) and determined that it has one copy (1 cp) sensitivity to ZIKV cDNA (Figure 86). Applicants evaluated the performance of SHERLOCK on a set of 40 cDNAs derived from samples from the 2016 ZIKV outbreak (Figure 82B, Figure 87). This included 37 samples from patients with ZIKV (13 plasma, 13 serum, and 11 urine samples) and 3 samples from mosquito sources. Applicants were able to detect ZIKV in cDNA from 25 of 37 clinical samples (68%) and 3 of 3 mosquito sources (100%). Applicants compared the PCR method and SHERLOCK detection, which included more amplified products, for these 40 cDNA samples. In the PCR method, ZIKV cDNA is tiled and amplified using two different sources of PCR primers containing 35 target sites (Quick et al. 2017) (Figure 82C). Applicants quantified these amplicon PCR products using the Agilent Tapestation and selected thresholds to determine the presence or absence of ZIKV (dashed red line) to maximize accuracy as measured by genomic sequence coverage. (Figure 88, see Methods for details). Of the 32 samples that were positive using at least one method, 25 were positive by both methods with 78% concordance (see Venn diagram). Both methods had the same performance even though the whole genome was tiled by amplicon PCR and the input volume of amplicon PCR (2.5 μl) was larger than SHERLOCK (1 μl). . These results demonstrate the sensitivity of SHERLOCK and its successful application to clinical samples.

核酸抽出は時間がかかり、専門家の知識を必要とし、しばしば野外では実行可能ではない。従って、本出願人らは、抽出なしに尿から核酸を増幅して検出することができるSHERLOCK試験規約を開発した。本出願人らは、熱と化学還元の組合せを用いて、ウイルス粒子を溶解し、尿中に1μg/ml存在しているRNA分解酵素を不活性化した(図89)(Weickmann and Glitz 1982)。本出願人らは、この処理した尿を希釈せずにRPAへの入力として直接用いた。この方法は、尿で希釈したZIKV cDNAの1コピー検出を可能にした(図83A)。ZIKV RNAを未処理の尿で希釈すると、感度は3.6fM(1,800cp/μl)まで低下したが、これはRNA分解酵素の分解によるものと思われる(図83B)。処理した尿でZIKV RNAを希釈すると、水と同程度の高い感度(36aMすなわち18cp/μl、図90)で検出することができた。当然、ZIKV RNAは、RNAを分解から守るウイルス粒子に包含されている。本出願人らは、2工程の熱不活性試験規約を開発した。まず、試料をZIKV粒子の融解温度以下に加熱して、RNA分解酵素を不活性化し、95℃で5分間加熱してウイルス粒子を溶解して不活性化する(図91)(Muller et al. 2016)。これにより、2時間未満で20aM(10cp/μl)と感染性粒子からZIKVを高感度で検出することができた(図83C)。尿中で6aM(3cp/μl)の感度を達成するため、本出願人らは合計所要時間が4時間未満に対して3時間の検出工程を用いた(図83C、はめ込み)。 Nucleic acid extraction is time consuming, requires expert knowledge, and is often not feasible in the field. Applicants have therefore developed a SHERLOCK test protocol that can amplify and detect nucleic acids from urine without extraction. Applicants used a combination of heat and chemical reduction to lyse virus particles and inactivate RNase present at 1 μg/ml in urine (Fig. 89) (Weickmann and Glitz 1982). . Applicants used this processed urine directly as input to the RPA without dilution. This method allowed detection of one copy of ZIKV cDNA diluted in urine (Fig. 83A). Dilution of ZIKV RNA in untreated urine decreased the sensitivity to 3.6 fM (1,800 cp/μl), likely due to RNase degradation (FIG. 83B). Dilution of ZIKV RNA in treated urine allowed detection with sensitivity as high as water (36 aM or 18 cp/μl, Figure 90). Naturally, ZIKV RNA is packaged into virus particles that protect the RNA from degradation. Applicants have developed a two-step thermal inertness test protocol. First, the sample is heated below the melting temperature of ZIKV particles to inactivate RNases and heated to 95° C. for 5 minutes to lyse and inactivate viral particles (FIG. 91) (Muller et al. 2016). This allowed sensitive detection of ZIKV from infectious particles at 20 aM (10 cp/μl) in less than 2 hours (Fig. 83C). To achieve a sensitivity of 6 aM (3 cp/μl) in urine, we used a 3 hour detection step for a total turnaround time of less than 4 hours (Fig. 83C, inset).

多くの遺伝的、抗原的に類似したフラビウイルスはアメリカおよびアフリカ内で共循環している。従って、本出願人らは、関連するウイルス種を検出してウイルス血清型を区別する診断パネルを開発することでSHERLOCKを拡張した。実験室で開発されたプローブ設計アルゴリズムを用いて、本出願人らは、汎用フラビウイルスRPAプライマー領域として機能するのに十分に保存されたZIKV、デング熱ウイルス(DENV)、西ナイルウイルス(WNV)、および黄熱ウイルス(YFV)内の領域を素早く同定することができる。このように、1対のRPAプライマーは4種のウイルスの何れかを増幅することができ、種に特異的なcrRNAは所与の試料中に存在する1種またはそれ以上のウイルスを検出することができる(図84A)。本出願人らは、汎用フラビウイルスRPAプライマーを見出して、ウイルスに特異的なcrRNAは、合成ZIKV、DENV、WNV、およびYFV DNA標的の存在を0.22%未満の交差反応性で非常に特異的に検出することができた(図84B、図92)。このアッセイはまた、すべての対の組合せのフラビウイルスの存在を検出することができる。これはこのアッセイの模造共感染を検出する能力を示している(図84C、図93)。関連するウイルスを特異的に検出することに加えて、本出願人らは、DENVに特異的なRPAプライマーおよび血清型に特異的なcrRNAを用いて異なるDENV血清型を区別するSHERLOCKパネルを設計した(図84D)。本出願人らは、3.2%未満の交差反応性でDENV血清型1~4を区別することができた(図84E、図94)。従って、SHERLOCKは、ウイルスまたは血清型に特異的なRPAプライマーを必要とせずに関連するウイルスまたは血清型を検出して区別するように拡張することができる。 Many genetically and antigenically similar flaviviruses co-circulate within America and Africa. Applicants have therefore extended SHERLOCK by developing a diagnostic panel that detects related virus species and distinguishes between virus serotypes. Using laboratory-developed probe design algorithms, Applicants have identified ZIKV, dengue virus (DENV), West Nile virus (WNV), and yellow fever virus (YFV) can be rapidly identified. Thus, a pair of RPA primers can amplify any of the four viruses, and the species-specific crRNA can detect one or more viruses present in a given sample. (Fig. 84A). Applicants have discovered a universal flavivirus RPA primer that virus-specific crRNA is highly specific for the presence of synthetic ZIKV, DENV, WNV, and YFV DNA targets with less than 0.22% cross-reactivity. can be detected effectively (Fig. 84B, Fig. 92). This assay can also detect the presence of flaviviruses in all pairwise combinations. This demonstrates the ability of this assay to detect mock co-infections (Fig. 84C, Fig. 93). In addition to specifically detecting related viruses, Applicants designed a SHERLOCK panel to distinguish between different DENV serotypes using DENV-specific RPA primers and serotype-specific crRNAs. (Fig. 84D). Applicants were able to distinguish between DENV serotypes 1-4 with less than 3.2% cross-reactivity (Fig. 84E, Fig. 94). Thus, SHERLOCK can be extended to detect and differentiate related viruses or serotypes without the need for virus- or serotype-specific RPA primers.

SHERLOCKは、野外配備可能な多様体の同定のために固有に準備される。一塩基多型(SNP)同定は、典型的には、広範囲の試料処理を必要とする配列決定技術の使用を含み、野外に配備するのは難しい。crRNAの3番目の位置にSNP、crRNAの5番目の位置に合成による不一致を置いてSHERLOCKをSNPの同定に用いてもよい(図85A)(Gootenberg et al. 2017)。本出願人らは、2016年のZIKV大流行に由来する3つの地域に特異的なSNPのためのSHERLOCK診断法を設計した(図85B)。本出願人らは、合成した標的および祖先のウイルス種保存液についてこれらアッセイのそれぞれの性能を立証した(図85C)。試料の遺伝子型を決定するため、本出願人らは、由来crRNAの蛍光度(図85A、濃い影の棒)と祖先crRNAの蛍光度(図85A、薄い影の棒)の比を取る。この比は、SNPを含む試料では1より大きくなり、SNPを含まない試料では1より小さくなる。本出願人らは、ホンジュラスおよびドミニカ共和国の患者に由来するcDNA試料と、米国由来の蚊の供給源に対してSNPアッセイを試験した(図85D)。本出願人らは、棒グラフ(図85D)およびヒートマップ(図85E)に示されるように期待された蛍光度の比を観察した。これらの結果は、SHERLOCKの1ヌクレオチドの特異性を強調するものである。 SHERLOCK is uniquely prepared for the identification of field-deployable variants. Single nucleotide polymorphism (SNP) identification typically involves the use of sequencing techniques that require extensive sample processing and are difficult to deploy in the field. SHERLOCK may be used to identify SNPs with a SNP at position 3 of crRNA and a synthetic mismatch at position 5 of crRNA (Figure 85A) (Gootenberg et al. 2017). Applicants designed a SHERLOCK diagnostic for three region-specific SNPs from the 2016 ZIKV outbreak (Fig. 85B). Applicants demonstrated the performance of each of these assays on synthetic target and ancestral viral seed stocks (Figure 85C). To determine the genotype of a sample, we take the ratio of the fluorescence intensity of the originating crRNA (Fig. 85A, dark-shaded bars) and the ancestral crRNA (Fig. 85A, light-shaded bars). This ratio will be greater than 1 for samples containing SNPs and less than 1 for samples without SNPs. Applicants tested the SNP assay on cDNA samples from patients in Honduras and the Dominican Republic and a mosquito source from the United States (Fig. 85D). Applicants observed the expected fluorescence intensity ratios as shown in the bar graph (Fig. 85D) and heat map (Fig. 85E). These results emphasize the single-nucleotide specificity of SHERLOCK.

最後に、本出願人らは、SHERLOCKを素早く適応して出現しつつある機能的変異を同定することができることを示した。胎児の小頭症に寄与するprM(S139N)のZIKV点変異を記載する報告(Yuan et al. 2017)が発表されて1週間以内に(図95)、本出願人らは、核酸配列をS139N変異の有無で区別することができるSHERLOCK診断法の設計、注文、および試験に成功した(図85F)。本出願人らは、139Sアレルと139Nアレルも区別することができる代替えのcrRNA設計(合成による不一致なし、位置7でのSNP)を試験した(図96)。臨床的に適切な変異に対して新しいSHERLOCK診断法を容易に開発できることをさらに示すため、本出願人らは、HIV逆転写酵素で最も一般的に観察される6個の薬物耐性変異についてのアッセイを1週間で開発した(図97)。これらの開発は、SHERLOCKプラットフォームの適応性および特異性を強調するものである。 Finally, Applicants have shown that SHERLOCK can be rapidly adapted to identify emerging functional mutations. Within a week of the publication of a report (Yuan et al. 2017) describing a ZIKV point mutation in prM(S139N) that contributes to fetal microcephaly (Fig. 95), Applicants identified the nucleic acid sequence as S139N A SHERLOCK diagnostic that can distinguish between the presence and absence of mutations was successfully designed, ordered, and tested (Fig. 85F). Applicants tested an alternative crRNA design (no synthetic mismatch, SNP at position 7) that could also distinguish between the 139S and 139N alleles (Figure 96). To further demonstrate the ease with which new SHERLOCK diagnostics can be developed for clinically relevant mutations, we performed assays for the six most commonly observed drug resistance mutations in HIV reverse transcriptase. was developed in one week (Fig. 97). These developments underscore the adaptability and specificity of the SHERLOCK platform.

本出願人らは、感度、スピード、使いやすさ、ウイルス診断パネルを多重化する能力、および臨床的に適切なSNPの遺伝子型を決定する能力を含むウイルスSHERLOCK診断法の様々な有用な特徴を示した。短い所要時間と試料処理に対する低い要件により、近い将来SHERLOCKの野外検査が可能になるであろう。また、SHERLOCK診断法は、出血熱、性感染症、および呼吸器疾患、ならびに出現しつつあるウイルス病原体を含む様々なウイルス性疾患に対して容易に開発される。

実施例8 方法
Applicants have identified various useful features of viral SHERLOCK diagnostics, including sensitivity, speed, ease of use, the ability to multiplex viral diagnostic panels, and the ability to genotype clinically relevant SNPs. Indicated. The short turnaround time and low requirements for sample processing will allow field testing of SHERLOCK in the near future. Also, SHERLOCK diagnostics are readily developed for a variety of viral diseases, including hemorrhagic fevers, sexually transmitted diseases, and respiratory diseases, as well as emerging viral pathogens.

Example 8 Method

臨床試料/倫理についての陳述。本研究に用いられた臨床試料は、la Plaza de la Salud(ドミニカ共和国サントドミンゴ)のInstitutional Review Boards/Ethics Review Committees、Florida Department of Health(フロリダ州タラハシー)、およびUniversidad Nacional Autonoma de Honduras(ホンジュラス、テグシガルパ)で評価および承認された臨床研究に由来している。マサチューセッツ工科大学(MIT)のInstitutional Review Board/Ethics Review CommitteeおよびOffice of Research Subject Projection at the Broad Instituteは、上に示した機関によって採取された試料の使用を承認した。 Clinical Specimens/Ethics Statement. The clinical samples used in this study were collected from the Institutional Review Boards/Ethics Review Committees of la Plaza de la Salud (Santo Domingo, Dominican Republic), the Florida Department of Health (Tallahassee, FL), and the Universidad Nacional Autonoma de Honduras (Tegucigalpa, Honduras). ) from clinical studies evaluated and approved in The Institutional Review Board/Ethics Review Committee at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and the Office of Research Subject Projection at the Broad Institute approved the use of samples collected by the institutions indicated above.

LwCas13aおよびcrRNAの作製LwCas13aを記載の通り精製した (Gootenberg et al. 2017)。1倍のTaq反応緩衝液(NEB)中の最終濃度を10μMとしてcrRNA DNA鋳型をT7プロモーターオリゴヌクレオチドにアニールした。これは、95℃、5分間の変性を含み、次いで1分間に5℃で4℃まで下げてアニールした。HiScribe T7 High Yield RNA合成キット(NEB)を用いてcrRNAを生体外で転写した。短いRNA転写物について製造者の指示に従って容積を30μlまでスケールアップして転写を行った。反応液を37℃で一晩インキュベートした。反応容積の2倍の比でRNAClean XPビーズ(Beckman Coulter)を用いて、さらに1.8倍のイソプロピルアルコールを補充し、転写物を精製した。 Preparation of LwCasl3a and crRNA LwCasl3a was purified as described (Gootenberg et al. 2017). The crRNA DNA template was annealed to the T7 promoter oligonucleotide at a final concentration of 10 μM in 1× Taq reaction buffer (NEB). This involved denaturation at 95° C. for 5 minutes, followed by annealing down to 4° C. at 5° C. for 1 minute. The crRNA was transcribed in vitro using the HiScribe T7 High Yield RNA Synthesis Kit (NEB). Transcriptions were performed in volumes scaled up to 30 μl according to the manufacturer's instructions for short RNA transcripts. Reactions were incubated overnight at 37°C. Transcripts were purified using RNAClean XP beads (Beckman Coulter) at a ratio of 2x reaction volume supplemented with an additional 1.8x isopropyl alcohol.

試料の調製製造者の指示に従い、担体RNAを有するQIAamp Viral RNAミニキット(QIAGEN)を用いて、140μlの入力材料からウイルスのRNAを抽出した。試料を60μlで溶出し、-80℃で保存した。 Sample Preparation Viral RNA was extracted from 140 μl of input material using the QIAamp Viral RNA mini kit with carrier RNA (QIAGEN) according to the manufacturer's instructions. Samples were eluted in 60 μl and stored at -80°C.

既に公開されている方法(Matranga et al. 2014)を用いて、cDNAを作製するため、5uLの抽出したRNAを一本鎖cDNAに変換した。手短に言うと、SuperScript IIIおよびランダムヘキサマープライマーでRNAを逆転写した。次いで、RNA-DNA二本鎖をRNA分解酵素Hで分解した。 For cDNA generation, 5 uL of extracted RNA was converted to single-stranded cDNA using previously published methods (Matranga et al. 2014). Briefly, RNA was reverse transcribed with SuperScript III and random hexamer primers. The RNA-DNA duplex was then digested with RNase H.

ZIKV検出実験で1つの培養単離物ZIKVペルナンブコ(単離物PE243、KX197192.1)を陽性対照または祖先の配列の対照として用いた。ウイルスRNAを種保存液試料から取り出した。 One cultured isolate ZIKV pernambuco (isolate PE243, KX197192.1) was used in ZIKV detection experiments as a positive control or ancestral sequence control. Viral RNA was removed from seed stock samples.

TCEP/EDTAを加えて試料を加熱することで尿試料のRNA分解酵素による不活性を行った。TCEPおよびEDTAをそれぞれ、最終濃度100mMおよび1mMで尿試料に加えた。2つの試験規約を用いた:95℃で10分間の1工程の不活性、あるいは50℃で20分間、次いで95℃で5分間の2工程の不活性。熱サイクラー(Eppendorf MasterCycler)または乾燥熱ブロックを用いて不活性化を行った。 RNase inactivation of urine samples was performed by adding TCEP/EDTA and heating the samples. TCEP and EDTA were added to urine samples at final concentrations of 100 mM and 1 mM, respectively. Two test protocols were used: one step inactivation at 95°C for 10 minutes, or two steps inactivation at 50°C for 20 minutes followed by 95°C for 5 minutes. Inactivation was performed using a thermal cycler (Eppendorf MasterCycler) or a dry heat block.

RPA反応およびプライマー設計RPA反応でTwist-Dx RT-RPAキットを製造者の指示に従って用いた。プライマー濃度は480nMであった。RNAを含む増幅反応ではMurine RNA分解酵素阻害剤(NEB M3014L)を1マイクロリットルあたり2単位の最終濃度で用いた。 RPA reactions and primer design RPA reactions used the Twist-Dx RT-RPA kit according to the manufacturer's instructions. Primer concentration was 480 nM. Amplification reactions involving RNA used Murine RNase inhibitor (NEB M3014L) at a final concentration of 2 units per microliter.

ZIKV検出では、最近の出版物(Gootenberg et al. 2017)に由来するRPAプライマーRP819/RP821を用いた。フラビウイルスパネルではRPAプライマーFLAVI-NS5fwd-1/FLAVI-NS5rev-1を用いた。デング熱ウイルスパネルではRPAプライマーDENV-3UTRfwd-1/DENV-3UTRrev-1を用いた。地域に特異的なジカSNP検出ではRPAプライマーDOMUSA-5249-fwd / DOMUSA-5249-rev (DOMUSA5249 SNP)、USA-935-fwd / USA-935-rev (USA935 SNP)、およびHND-2788-fwd / HND-2788-rev (HND2788 SNP)を用いた。小頭症に関連付けられたジカSNPの検出では、RPAプライマーZIKV-mcep-fwdおよびZIKV-mcep-revを用いた。HIV逆転写酵素の薬物耐性SNPの検出ではRPAプライマーHIVRT-149F / HIVRT-348R(K65R、K103N、およびV106M SNP)、およびHIV-462F / HIVRT-601R(Y181C、M184V、およびG190A SNP)を用いた。 For ZIKV detection, RPA primers RP819/RP821 from a recent publication (Gootenberg et al. 2017) were used. The flavivirus panel used the RPA primers FLAVI-NS5fwd-1/FLAVI-NS5rev-1. The Dengue virus panel used the RPA primers DENV-3UTRfwd-1/DENV-3UTRrev-1. RPA primers DOMUSA-5249-fwd / DOMUSA-5249-rev (DOMUSA5249 SNP), USA-935-fwd / USA-935-rev (USA935 SNP), and HND-2788-fwd / for region-specific Zika SNP detection HND-2788-rev (HND2788 SNP) was used. Detection of the Zika SNP associated with microcephaly used the RPA primers ZIKV-mcep-fwd and ZIKV-mcep-rev. Detection of HIV reverse transcriptase drug resistance SNPs using RPA primers HIVRT-149F/HIVRT-348R (K65R, K103N, and V106M SNPs), and HIV-462F/HIVRT-601R (Y181C, M184V, and G190A SNPs) .

Cas13a検出反応およびcrRNA設計100ngの代わりに25ngの背景RNAを用いた以外は上記の通り検出反応を行った(Gootenberg et al. 2017)。これにより、レポーターオリゴヌクレオチドの如何なる擬似切断も導入せずに反応速度を高められる。特に断りがなければ、RNA分解酵素Alert v2(Thermo)をレポーターとして用いた。Biotekマイクロプレートリーダー(Synergy H4、Neo2、およびCytation 5)を検出反応の蛍光度を測定するのに用いた。485nmの励起、520nmの放出で単色光分光器を用いて、3時間まで5分ごとに読み取って蛍光動力学を監視した。異なる機械間の感度に有意な差は見られなかった。 Detection reactions were performed as described above, except that 25 ng of background RNA was used instead of 100 ng of the Cas13a detection reaction and crRNA design (Gootenberg et al. 2017). This can speed up the reaction without introducing any spurious cleavage of the reporter oligonucleotide. RNase Alert v2 (Thermo) was used as a reporter unless otherwise stated. A Biotek microplate reader (Synergy H4, Neo2, and Cytation 5) was used to measure the fluorescence of the detection reactions. Fluorescence kinetics were monitored using a monochromator with 485 nm excitation, 520 nm emission and readings every 5 minutes for up to 3 hours. No significant difference in sensitivity between different machines was found.

ZIKV検出では、最近の出版物に由来するcrRNA「ジカ標的crRNA2」(Gootenberg et al. 2017)を用いた。フラビウイルスパネルでは、crRNAのZIKV-NS5at9227(ZIKV)、DENV-NS5at9127(DENV)、WNV-NS5at9243(WNV)、およびYFV-NS5at9122(YFV)を用いた。デング熱ウイルスパネルでは、crRNAのD1-3UTRat10457(DENV1)、D2-3UTRat10433(DENV2)、D3-3UTRat10419(DENV3)、およびD4-3UTRat10366(DENV4)を用いた。地域に特異的なジカSNP検出では、crRNAのDOMUSA-5249-祖先 / DOMUSA-5249由来(DOMUSA5249 SNP)、USA-935-祖先 /USA-935由来(USA935 SNP)、およびHND-2788-祖先 / HND-2788由来(HND2788 SNP)を用いた。小頭症に関連付けられたジカSNPの検出では、crRNAのZIKV-mcep-snp3syn5-祖先/ ZIKV-mcep-snp3syn5由来(図85Fに示される設計)、およびcrRNAのZIKV-mcep-snp7-祖先/ ZIKV-mcep-snp7由来(図96に示される設計)を用いた。HIV逆転写酵素の薬物耐性SNPの検出では、crRNAのHIVRT-K65R-祖先 / HIVRT-K65R由来(K65R SNP)、crRNAs HIVRT-K103N-祖先 / HIVRT-K103N由来(K103N SNP)、crRNAs HIVRT-V016M-祖先 / HIVRT-V106M由来(V106M SNP)、crRNAs HIVRT-Y181C-祖先 / HIVRT-Y181C由来(Y181C SNP)、crRNAs HIVRT-M184V-祖先 / HIVRT-M184V由来(M184V SNP)、およびcrRNAs HIVRT-G190A-祖先 / HIVRT-G190A由来(G190A SNP)を用いた。 For ZIKV detection, we used the crRNA 'Zika target crRNA2' from a recent publication (Gootenberg et al. 2017). The flavivirus panel used crRNAs ZIKV-NS5at9227 (ZIKV), DENV-NS5at9127 (DENV), WNV-NS5at9243 (WNV), and YFV-NS5at9122 (YFV). The dengue virus panel used crRNAs D1-3UTRat10457 (DENV1), D2-3UTRat10433 (DENV2), D3-3UTRat10419 (DENV3), and D4-3UTRat10366 (DENV4). For region-specific Zika SNP detection, crRNA DOMUSA-5249-Ancestral/DOMUSA-5249-derived (DOMUSA5249 SNP), USA-935-Ancestral/USA-935-derived (USA935 SNP), and HND-2788-Ancestral/HND -2788 origin (HND2788 SNP) was used. For detection of the Zika SNP associated with microcephaly, crRNA ZIKV-mcep-snp3syn5-ancestor/ZIKV-mcep-snp3syn5-derived (design shown in FIG. 85F), and crRNA ZIKV-mcep-snp7-ancestor/ZIKV -mcep-snp7 derived (design shown in Figure 96) was used. For detection of HIV reverse transcriptase drug resistance SNPs, crRNAs HIVRT-K65R-ancestor/HIVRT-K65R-derived (K65R SNP), crRNAs HIVRT-K103N-ancestor/HIVRT-K103N-derived (K103N SNP), crRNAs HIVRT-V016M- progenitor/HIVRT-V106M-derived (V106M SNP), crRNAs HIVRT-Y181C-ancestor/HIVRT-Y181C-derived (Y181C SNP), crRNAs HIVRT-M184V-ancestor/HIVRT-M184V-derived (M184V SNP), and crRNAs HIVRT-G190A-ancestor / HIVRT-G190A-derived (G190A SNP) was used.

データ分析最少の蛍光が観察された10分後(図82~図84)または20分後(図85)の蛍光度の値を減じて背景の補正を行った。フラビウイルスパネルとデング熱ウイルスパネルの両方で、背景を補正した蛍光度を標的に特異的な蛍光度に正規化した。標的に特異的な蛍光度は、各時点の所与のcrRNAを持つ所与のDNA標的の背景補正済み蛍光度から減じた同じcrRNAを持つ入力なし(水)対照の背景補正済み平均蛍光度である。 Data Analysis Background correction was performed by subtracting fluorescence intensity values after 10 minutes (FIGS. 82-84) or 20 minutes (FIG. 85) when minimal fluorescence was observed. For both flavivirus and dengue virus panels, background-corrected fluorescence was normalized to target-specific fluorescence. Target-specific fluorescence is the background-corrected mean fluorescence of no input (water) controls with the same crRNA subtracted from the background-corrected fluorescence of a given DNA target with a given crRNA at each time point. be.

2016年の大流行由来のZIKV試料の分析では(図82)、閾値を用いてZIKVの有無を決定した。1提供者からの健康なヒトの尿試料を4つと入力のない水対照を1つという5つの試料から背景を減じた蛍光度を用いてSHERLOCK蛍光度の閾値を決定した。つまり、これら5つの試料それぞれについて、本出願人らは、3つの技術的に同じ試料に亘って蛍光度の平均mおよび標準偏差σを取った。閾値は、5つの値の{m+3σ}の中心値に設定した。ゲノム組立体からの情報を用いて増幅産物PCR収率の閾値を決定した。まず、2つの増幅産物PCR供給源のそれぞれから最低濃度を取って各試料の増幅産物PCR収率を算出した(図87A)。次いで、目的は、ゲノムの特定の標的部分rが試料(この場合は、本出願人らがSHERLOCKで検出するRPA増幅産物)中に存在するか否かを決定することである。特定の標的部分rが試料s中に存在する確率Pr(r)は、試料sのcDNAから配列して組み立てたZIKVゲノムの画分として見積もられてもよい(ゲノムに亘る確率の計算は、部分rでゲノムのカバレッジがあるか否かを単に調べるのが好ましい。カバレッジがないことが特定の標的部分rが存在しないことを必ずしも示していないからである)。この分析のデータは、ZIKV大流行の最近のゲノム配列決定研究に由来する個々の技術的に同じ試料に由来する(Metsky et al. 2017)。増幅産物PCR収率とカバーされたゲノムの画分のプロットを図87Bに示す。値Pr(r)を用いて、閾値の各選択に対する精密度と呼び戻しを見積もってもよい。特に、特定の標的部分rを持たない試料の数の見積もりは、すべての試料のPr(r)の和である。同様に、増幅産物PCR収率が所定の閾値を超える試料Pをrが存在するものとして正しく標識化し、試料P中のPr(r)の和として見積もる。図87Cは、閾値の各選択に対する精密度と呼び戻し、およびF0.5スコアを示す。F0.5スコアは、ZIKVの標的部分を持つ試料を正確に分類する閾値の能力を考慮した複合測定基準値である。増幅産物PCR収率の閾値はF0.5スコアが最大になるように設定されている。 In the analysis of ZIKV samples from the 2016 pandemic (Figure 82), a threshold was used to determine the presence or absence of ZIKV. Background-subtracted fluorescence from five samples, four healthy human urine samples from one donor and one no-input water control, was used to determine the SHERLOCK fluorescence threshold. That is, for each of these five samples, we took the mean m s and standard deviation σ s of fluorescence over three technically identical samples. The threshold was set to the center value of {m s +3σ s } of 5 values. Information from the genome assembly was used to determine a threshold amplicon PCR yield. First, the amplicon PCR yield for each sample was calculated by taking the lowest concentration from each of the two amplicon PCR sources (Figure 87A). The objective is then to determine whether a particular target portion r of the genome is present in the sample (in this case the RPA amplification product that we detect with SHERLOCK). The probability Pr s (r) that a particular target portion r is present in sample s may be estimated as the fraction of the ZIKV genome sequenced and assembled from the cDNA of sample s (the calculation of the probability across the genome is , it is preferable to simply check whether there is genomic coverage at portion r, since lack of coverage does not necessarily indicate the absence of a particular target portion r). Data for this analysis are derived from individual technically identical samples from a recent genome sequencing study of the ZIKV outbreak (Metsky et al. 2017). A plot of the amplification product PCR yield versus the fraction of genome covered is shown in FIG. 87B. The value Pr s (r) may be used to estimate the precision and recall for each choice of threshold. In particular, an estimate of the number of samples without a particular target moiety r is the sum of Pr s (r) for all samples. Similarly, samples P whose amplification product PCR yield exceeds a predetermined threshold are correctly labeled as having r present and estimated as the sum of Pr s (r) in sample P. FIG. 87C shows precision and recall for each choice of threshold and F 0.5 score. The F 0.5 score is a composite metric that considers the threshold ability to correctly classify samples with the target portion of ZIKV. The amplicon PCR yield threshold is set to maximize the F 0.5 score.

SNPの同定では、祖先標的crRNAおよび由来標的crRNAを用いて背景を減じた蛍光度の値を算出した。本出願人らは、由来標的crRNAの背景を減じた蛍光度の祖先標的crRNAの背景を減じた蛍光度に対する比を取ってSNPの有無を決定した。HIVのSNP(図97)では、本出願人らは、SNP同定指標を算出した。この指標は由来アレルの蛍光度の比を祖先アレルの蛍光度の比で除した比である。SNP同定指標は、2つのアレル間に特徴的な力がなければ1に等しく、2つのアレルの蛍光度の比が異なるほど高くなる。 For SNP identification, background-subtracted fluorescence values were calculated using ancestral target crRNA and derived target crRNA. Applicants determined the presence or absence of a SNP by taking the ratio of the background-subtracted fluorescence of the origin target crRNA to the background-subtracted fluorescence of the ancestral target crRNA. For HIV SNPs (FIG. 97), we calculated the SNP identification index. This index is a ratio obtained by dividing the fluorescence intensity ratio of the origin allele by the fluorescence intensity ratio of the ancestral allele. The SNP identification index is equal to 1 if there is no characteristic force between the two alleles, and is higher when the ratio of fluorescence intensities of the two alleles is different.

ZIKV検出実験PE243種保存液のcDNAを保存液濃度6.8×10cp/ulで用いた。cDNAを超純水(Life Technologies)または健康な尿(Lee Biosolutions)で1:10に連続希釈した。4~8μlの各試料を不活性化して、1~2μlをRPA反応の入力として用いた。PE243種保存液のRNA2.72×10cp/ulで用いた。cDNAを超純水(Life Technologies)または健康な尿(Lee Biosolutions)でRNAを連続希釈した。4~8μlの各試料を不活性化して、1~2μlをRPA反応の入力として用いた。 ZIKV detection experiments cDNA from PE243 seed stock was used at a stock concentration of 6.8 x 104 cp/ul. cDNA was serially diluted 1:10 in ultrapure water (Life Technologies) or healthy urine (Lee Biosolutions). 4-8 μl of each sample was inactivated and 1-2 μl was used as input for the RPA reaction. Used at 2.72×10 5 cp/ul of RNA in a PE243 seed stock. RNA was serially diluted in ultrapure water (Life Technologies) or healthy urine (Lee Biosolutions). 4-8 μl of each sample was inactivated and 1-2 μl was used as input for the RPA reaction.

培養した単離物、株PRVABC59(KU501215)をウイルス粒子実験に用いた。PRVABC59は昆虫で培養した。非ヒト霊長類細胞株および元の保存液はATCC (ATCC VR-1843)から購入した。 A cultivated isolate, strain PRVABC59 (KU501215), was used for virus particle experiments. PRVABC59 was cultured in insects. Non-human primate cell lines and original stocks were purchased from ATCC (ATCC VR-1843).

ウイルスのパネル実験フラビウイルスパネルおよびデング熱ウイルスパネルの両方で、合成により生成させたDNA鋳型を10コピー/μLの濃度で入力として用いた。試験したcrRNAのそれぞれの陰性対照として入力なし(水)対照を用いた。すべての実験で、RPA反応のMgAc濃度を20mMまで高めて、3つの技術的に同じ試料を用いた。 Virus Panel Experiments For both flavivirus and dengue virus panels, synthetically generated DNA templates were used as inputs at a concentration of 10 4 copies/μL. No input (water) controls were used as negative controls for each of the crRNAs tested. All experiments used three technically identical samples, with the MgAc concentration increased to 20 mM in the RPA reactions.

フラビウイルスパネルでは、ZIKV鋳型配列を(KX197192)、DENV(NC_001477.1)、WNV(NC_09942.1)、およびYFV(AY968065.1)から生成させた。RPA反応により、これらフラビウイルスのNS5の一部を増幅する。 For the flavivirus panel, ZIKV template sequences were generated from (KX197192), DENV (NC_001477.1), WNV (NC_09942.1), and YFV (AY968065.1). The RPA reaction amplifies part of the NS5 of these flaviviruses.

デング熱ウイルスパネルでは、DENV1鋳型配列を(KM204119.1)、DENV2(KM204118.1)、DENV3(KU050695.1)、DENV4(JQ822247.1)から生成させた。RPA反応によりDENV1~4の3’非翻訳領域の一部を増幅する。 For the Dengue virus panel, DENV1 template sequences were generated from (KM204119.1), DENV2 (KM204118.1), DENV3 (KU050695.1), DENV4 (JQ822247.1). Part of the 3' untranslated region of DENV1-4 is amplified by the RPA reaction.

SNP同定実験。祖先または由来アレルを持つ地域に特異的なSNPの同定では、ZIKVゲノムの400nt断片を含む合成鋳型を用いてSNP同定アッセイの性能を立証した。また、3つの国(米国、ホンジュラス、およびドミニカ共和国)に由来するZIKV cDNA試料を用いて蚊の供給源および臨床試料に対する性能を確認した。PE243種保存液cDNA(KX197192.1)を300cp/μlで外集団対照として用いた。また、入力なし(水)対照を用いた。小頭症に関連付けられたSNPの同定実験では、祖先または由来のアレルを持つZIKVゲノムの400nt断片を含む合成鋳型を10cp/μlで用いて、PE243種保存液のcDNAを300cp/μlで用いた。HIV薬物耐性SNPの同定実験では、祖先または由来のアレルを持つHIVゲノムの468nt断片を含む合成鋳型を10cp/μlで用いた。すべてのSNP同定実験で、3つの技術的に同じ試料を用いた。

実施例9 プログラム可能なCas13に基づく抗ウイルス治療法およびコンパニオン診断法
SNP identification experiments. Identification of SNPs specific to regions with ancestral or derived alleles demonstrated the performance of the SNP identification assay using a synthetic template containing a 400nt fragment of the ZIKV genome. ZIKV cDNA samples from three countries (USA, Honduras, and Dominican Republic) were also used to confirm performance against mosquito sources and clinical samples. PE243 seed stock cDNA (KX197192.1) was used as an outgroup control at 300 cp/μl. A no input (water) control was also used. In experiments to identify SNPs associated with microcephaly, a synthetic template containing a 400 nt fragment of the ZIKV genome with an ancestral or derived allele was used at 10 4 cp/μl and cDNA from PE243 seed stocks was used at 300 cp/μl. Using. For HIV drug resistance SNP identification experiments, a synthetic template containing a 468 nt fragment of the HIV genome with an ancestral or derived allele was used at 10 4 cp/μl. Three technically identical samples were used in all SNP identification experiments.

Example 9 Programmable Cas13-Based Antiviral Therapies and Companion Diagnostics

感染性疾患は我々の健康と安全を脅かすが、代表的な基準診断および治療はその有効性が限定されており、何十年も前の古い科学とシステムに基づいている。伝染病の大部分は診断と治療がなされず、大流行の診断には時間がかかりすぎる。核酸による診断法は11種のウイルスにのみ承認されており、9種のウイルス性疾患のみがFDA承認抗ウイルス治療法によって対処することができる(De Clercq and Li, 2016)。これは、我々が診断および治療することができるのは、ヒトに感染すると分かっているウイルス病原体の10%未満であるという意味である(Hulo et al., 2011)。さらに、ウイルスは治療に対して急速に耐性を進化させて、既存の抗ウイルス手段の有効性を限定的にすることがある。世界のどこでも感染症を素早く正確に診断し、既知または新規の感染による脅威を同定・追跡し、診断法によって知り得る抗ウイルス治療を開発することができる新たなツールを開発する緊急の必要性がある。 Infectious diseases threaten our health and safety, but standard diagnostics and treatments have limited efficacy and are based on decades-old science and systems. Most epidemics go undiagnosed and untreated, and epidemics take too long to diagnose. Nucleic acid diagnostics are approved for only 11 viruses, and only 9 viral diseases can be addressed by FDA-approved antiviral therapies (De Clercq and Li, 2016). This means that we are able to diagnose and treat less than 10% of viral pathogens known to infect humans (Hulo et al., 2011). Moreover, viruses can rapidly evolve resistance to therapy, limiting the effectiveness of existing antiviral measures. There is an urgent need to develop new tools that can quickly and accurately diagnose infectious diseases anywhere in the world, identify and track known and novel infectious threats, and develop diagnostically informed antiviral treatments. be.

本出願人らは、特異的なRNA配列を検出して切断するのに用いることができるCRISPR-Cas13系を近年発見し、伝染病に対するそれらの可能性のある用途を示した(Abudayyeh et al., 2016; Gootenberg et al., 2017)。Cas13は、病原体核酸などのRNA標的の認識時にリボヌクレアーゼ活性を示すRNA誘導RNA標的CRISPRエフェクターである。ウイルスRNAを直接標的するCRISPR-Cas13系をプログラムすることで、本出願人らは高度に多重化された抗ウイルス治療法およびウイルス診断法を開発することができる。従って、CRISPR-Cas13系はRNAウイルスに適用するように準備されており、定量PCR診断法およびshRNA治療法に対するより特異的な代替えとなり得る。 Applicants have recently discovered a CRISPR-Cas13 system that can be used to detect and cleave specific RNA sequences, demonstrating their potential use against epidemics (Abudayyeh et al. , 2016; Gootenberg et al., 2017). Casl3 is an RNA-guided RNA-targeted CRISPR effector that exhibits ribonuclease activity upon recognition of RNA targets such as pathogen nucleic acids. By programming the CRISPR-Casl3 system to directly target viral RNA, Applicants will be able to develop highly multiplexed antiviral therapeutics and viral diagnostics. The CRISPR-Cas13 system is therefore primed for application to RNA viruses and could be a more specific alternative to quantitative PCR diagnostics and shRNA therapeutics.

本明細書で、本出願人らは、ウイルス感染した患者の診断および治療の上記の欠点に対処する新たな方法を提供する。本出願人らは、Cas13に基づく系を用いて、ウイルスの脅威を無効にし、薬物耐性の進化を防ぐプログラム可能な治療法を開発する。また、本出願人らは、特異的な多型(例えば、薬物耐性変異)を含む特異的な病原体配列を同定する高速で高感度、低コストのコンパニオン診断法を作る。これにより、ウイルス複製を阻害する強力な適応性の方法が示され、新たな診断法および治療用途を開発するためのCas13の重要性が強調される。より広くは、類似の手法は、Cas13に基づく系を感染因子を素早く同定し患者を治療するための新たな最先端ツールとして位置付けることができる。 Herein, Applicants provide new methods that address the above-mentioned shortcomings of diagnosing and treating virally infected patients. Applicants will use Cas13-based systems to develop programmable therapeutics that counteract viral threats and prevent the evolution of drug resistance. Applicants also create a fast, sensitive, low-cost companion diagnostic that identifies specific pathogen sequences containing specific polymorphisms (eg, drug resistance mutations). This represents a powerful adaptive method of inhibiting viral replication and highlights the importance of Cas13 for developing new diagnostic and therapeutic applications. More broadly, similar approaches can position Casl3-based systems as new cutting-edge tools for rapidly identifying infectious agents and treating patients.

抗ウイルス薬物は最も新たに出現したウイルスに対しては存在しておらず、利用可能な直接作用する抗ウイルス剤(小分子、短鎖干渉RNA、および抗体を含む)は典型的には、少数の高度に変異可能なウイルスタンパク質またはRNAを標的する。これは問題である。というのは、RNAウイルスは急速に進化して、容易に既存の治療法に対する耐性を獲得することができるからである。Cas13に基づく系は、ウイルスRNAを直接標的する、あるいは新規なウイルスまたは出現しつつある大流行の病原体を標的するように柔軟に適応可能で高度に多重化したプログラム可能な抗ウイルス治療法を提供する。Cas13に基づく治療法を、ウイルスに対して既存の抗ウイルス化合物が存在する場合はそのような抗ウイルス化合物と組合せて用いてもよい。これにより、特異的な薬物耐性変異の有病率を低減させることができる。おそらく最も重要なのは、ウイルスが特異的なCas13ガイドRNA配列に対する耐性を発達させると、異なるガイドRNA配列に切り替える、または新たな変異を標的する新たなガイド配列を設計するのが容易なことである。このような方法は、Cas13に基づく治療法に対する耐性が広く展開することを防ぎ、現在の抗ウイルス治療法が直面する共通の課題に対処する。 Antiviral drugs do not exist against most emerging viruses, and the available direct-acting antiviral agents (including small molecules, short interfering RNAs, and antibodies) are typically few. of highly mutable viral proteins or RNA. This is a problem. This is because RNA viruses can evolve rapidly and easily acquire resistance to existing therapeutics. Cas13-based systems offer flexibly adaptable, highly multiplexed and programmable antiviral therapeutics that target viral RNA directly or target novel viruses or emerging pandemic pathogens do. Cas13-based therapeutics may be used in combination with existing antiviral compounds against the virus when such antiviral compounds exist. This can reduce the prevalence of specific drug resistance mutations. Perhaps most importantly, once the virus develops resistance to a specific Cas13 guide RNA sequence, it is easy to switch to a different guide RNA sequence or design new guide sequences that target new mutations. Such methods prevent the widespread development of resistance to Cas13-based therapies and address a common challenge facing current antiviral therapeutics.

現在の代表的な基準による病原体診断法は、高価で時間がかかり、ウイルス感染を診断する十分な感度がないことが多い。RT-定量PCRなど、標準の分子増幅法は典型的には核酸抽出と高価な熱循環機器を必要とする。ELISAなどの免疫アッセイは1つの標的のみを検出し、抗原的に類似の標的と交差反応することがあり、新たな出現しつつある脅威を処理するのに素早く開発または更新することができない。新規なCRISPR系プラットフォーム(SHERLOCK)は、1分子検出感度および一塩基多型特異性でウイルス性疾患の診断を変えることができる(Gootenberg et al., 2017)。本出願人らは、SHERLOCKをコンパニオン診断としての使用に用いてCas13に基づく治療法を知らせることができる。それをするため、本出願人らは、精製した核酸の代わりに直接の入力として臨床試料を用いる技術を採用することで高性能によって所要時間を1時間未満に下げることができる。さらに、本出願人らは、既知または予測される治療耐性変異を同定する特異的なCas13に基づく治療法を開発する。これらの特徴により、Cas13に基づく治療法は治療での使用を補完することができる。 Current gold standard pathogen diagnostic methods are expensive, time consuming and often not sensitive enough to diagnose viral infections. Standard molecular amplification methods, such as RT-quantitative PCR, typically require nucleic acid extraction and expensive thermal cycling equipment. Immunoassays such as ELISA detect only one target, may cross-react with antigenically similar targets, and cannot be rapidly developed or updated to address new and emerging threats. A novel CRISPR-based platform (SHERLOCK) can transform the diagnosis of viral diseases with single molecule detection sensitivity and single nucleotide polymorphism specificity (Gootenberg et al., 2017). Applicants can use SHERLOCK for use as a companion diagnostic to inform Cas13-based therapies. To do so, Applicants employ a technique that uses clinical samples as direct input instead of purified nucleic acid, allowing high performance to reduce the turnaround time to less than one hour. In addition, Applicants will develop specific Cas13-based therapeutics that identify known or predicted therapeutic resistance mutations. These features allow Casl3-based therapies to complement therapeutic use.

治療法を開発Cas13に基づく系は、Cas9で指摘されたように、可能性のある非標的効果に関する関心を高めることがある。Cas9の多くの用途は、恒久性および遺伝性の変化をコードするDNAで編集することができるその能力に関係している。これに対して、Cas13は異なる用途を持つ。というのはその標的であるRNAとガイドに誘導された変化は遺伝性ではないからである。Cas13に誘導された変化は遺伝性ではないので、Cas13は、細胞内外のRNA分子を調節、検出、または画像処理するのに用いてもよい。これは、ウイルス性疾患を研究するツールとしてその強みを示すものである。 Developing Therapeutics Cas13-based systems may raise interest in possible non-targeted effects, as pointed out for Cas9. Many uses of Cas9 relate to its ability to edit in DNA that encodes permanent and heritable changes. In contrast, Cas13 has different uses. This is because changes induced by the target RNA and the guide are not heritable. Because Cas13-induced changes are not heritable, Cas13 may be used to regulate, detect, or image RNA molecules inside and outside the cell. This demonstrates its strength as a tool for studying viral diseases.

本出願人らは、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)とインフルエンザという2つの哺乳類ウイルスの複製を効率的に阻害する1組のCas13相同分子種および対応するガイドRNA配列を開発する。また、本出願人らはパイロット実験を行って、Cas13の送達法を試験し、Cas13の非標的活性の選別し、Cas13治療に応答したウイルスの進化およびガイドの耐性を研究する。本出願人らは、所要時間の短い向上した診断試験規約、インフルエンザを検出してインフルエンザA、B、およびCを区別するためのアッセイの設計、および機器の不要な診断法のための側方流動アッセイを開発する。 Applicants develop a set of Cas13 orthologues and corresponding guide RNA sequences that efficiently inhibit replication of two mammalian viruses, lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and influenza. Applicants will also conduct pilot experiments to test delivery methods for Cas13, screen for non-targeted activities of Cas13, and study viral evolution and guide resistance in response to Cas13 treatment. Applicants have developed improved diagnostic test protocols with shorter turnaround times, design of assays to detect influenza and distinguish between influenza A, B, and C, and lateral flow for instrument-free diagnostics. Develop assays.

SHERLOCK診断プラットフォームは、高速で、広スペクトルの野外配備可能な診断法として伝染病検査に革命をもたらす可能性がある。その技術的進歩および商業化の可能性の評価は、既存の一般的な診断法(例えば、免疫アッセイおよび核酸増幅法)の文脈に入れられている。従って、開発の段階でその性能測定基準(感度および特異性、結果が得られるまでの時間、1反応あたりのコスト、温度安定性、外因性装置要件、および使用と解釈の容易さを含む)を評価する。予め得られた結果は、SHERLOCKが既存のFDA承認病原体診断法に匹敵することを示唆している。 The SHERLOCK diagnostic platform has the potential to revolutionize infectious disease testing as a fast, broad-spectrum, field-deployable diagnostic. Evaluation of its technical progress and commercial potential is placed in the context of existing common diagnostic methods (eg, immunoassays and nucleic acid amplification methods). Therefore, during development, its performance metrics (including sensitivity and specificity, time to result, cost per reaction, temperature stability, extrinsic equipment requirements, and ease of use and interpretation) evaluate. Preliminary results suggest that SHERLOCK is comparable to existing FDA-approved pathogen diagnostics.

この手法に関連する5つの主要な技術課題、すわなち、個々のガイドRNAの有効性、ガイド耐性の進化、非標的ヌクレアーゼ活性、インフルエンザ複製の標的の容易さ、およびコンパニオンCas13に基づく治療法の感度がある。 Five major technical challenges associated with this approach: efficacy of individual guide RNAs, evolution of guide resistance, non-targeted nuclease activity, ease of targeting for influenza replication, and companion Cas13-based therapeutics. Sensitivity.

第一の技術課題は、個々のガイドRNAによりウイルスゲノムを標的する有効性を確実に高くすることである。プロモーターの強度によって決定される特定の速度でゲノムから作製されるメッセンジャーRNAとは異なり、ウイルスゲノムは指数関数的に複製する。ウイルス複製を適切に阻害するためには、Cas13媒介切断活性は、新たなウイルスゲノムの合成速度に勝っていなければならない。本出願人らは2つの方法を採用して、この危険性を軽減し、有効性の高いゲノム切断を確実にすることができる。その2つの方法とは、Cas13相同分子種を選別してより高いヌクレアーゼ活性を持つ相同分子種を見つけること、およびウイルスゲノムを選別して最適なガイド配列を見つけることである。これらの結果を組み合わせてより高い標的効率を得てもよい。Cas13相同分子種のヌクレアーゼ活性を最適化して最適なガイド配列を選別することで、本出願人らは少なくとも10倍までウイルス複製のノックダウンを達成することを計画する。複数のガイドを同時に組み合わせることで、本出願人らは少なくとも20倍のウイルス複製のノックダウンを達成することを計画する。 The first technical challenge is to ensure high efficiency in targeting the viral genome by individual guide RNAs. Unlike messenger RNA, which is made from the genome at a specific rate determined by the strength of the promoter, viral genomes replicate exponentially. To adequately inhibit viral replication, Casl3-mediated cleavage activity must outpace the rate of new viral genome synthesis. Applicants can employ two strategies to mitigate this risk and ensure highly efficient genome cleavage. The two methods are to screen Cas13 orthologs for orthologs with higher nuclease activity and to screen viral genomes for optimal guide sequences. These results may be combined to obtain higher targeting efficiencies. By optimizing the nuclease activity of Cas13 orthologues and selecting optimal guide sequences, Applicants plan to achieve knockdown of viral replication by at least 10-fold. By combining multiple guides simultaneously, Applicants plan to achieve at least a 20-fold knockdown of viral replication.

第二の技術課題は、ウイルスが、標的するガイドに対する耐性を発達させ得ることである。これは、標的部位の直接変異、あるいは標的切断の効果を補うゲノムの他の部分での変異の何れかにより起こり得る。RNAウイルスは、1世代につき1塩基あたり約10-4個の置換という比較的高い変異率を持つことで知られている(Sanjuan et al., 2010)。ガイドRNAは典型的にはウイルスゲノムの28ヌクレオチドの領域を標的すると仮定すると、これは1つの標的領域で1つの変異が起きる確率は約3×10-3であることを意味する。本出願人らは、これまでのCas13の特徴付けから、1つの標的領域での2つの変異が標的切断を防ぐのに必要であることを知っている(Abudayyeh et al., 2016)。2つの変異が独立して起こると仮定すると、1つの領域で生じるガイド耐性の確率は約10-5である。これらの計算は、ガイドを溜めることの重要性を示している。というのはガイドの供給源は耐性の進化の確率を倍数的にさらに低下させる(例えば、2個のガイドでは10-10、3個のガイドでは10-15)からである。ガイドを溜めることに加えて、本出願人らはCas13による治療の前後でウイルス集団の配列決定を行って治療耐性の進化(存在する場合)をマップすることにより、この問題に特異的に対処する。 A second technical challenge is that viruses can develop resistance to targeting guides. This can occur either by direct mutation of the target site or by mutations in other parts of the genome that compensate for the effects of targeted cleavage. RNA viruses are known to have relatively high mutation rates of approximately 10 −4 substitutions per base per generation (Sanjuan et al., 2010). Assuming that the guide RNA typically targets a 28-nucleotide region of the viral genome, this means that the probability of one mutation occurring in one target region is approximately 3×10 −3 . Applicants know from previous characterization of Cas13 that two mutations in one target region are required to prevent target cleavage (Abudayyeh et al., 2016). Assuming the two mutations occur independently, the probability of guide resistance occurring in one region is approximately 10 −5 . These calculations show the importance of pooling guides. This is because the source of guides further reduces the probability of resistance evolution exponentially (eg, 10 −10 for 2 guides, 10 −15 for 3 guides). In addition to accumulating guides, we specifically address this issue by sequencing viral populations before and after treatment with Cas13 to map the evolution of treatment resistance (if any). .

第三の技術課題は、Cas13による非標的ヌクレアーゼ活性である。非標的ヌクレアーゼ活性は、動物モデルまたは患者での副作用を誘導することがあるため、懸念される。しかしながら、Cas13およびCas9による非標的切断の相対効果を区別することは重要である。Cas9はDNAを標的するので、任意の非標的切断事象は、影響を受けた細胞のゲノムに恒久的な変化をもたらす。しかしながら、Cas13はRNAを標的するので、非標的切断は遺伝子の発現に対して一過性の効果のみを持つ。というのは、メッセンジャーRNAの半減期は24時間未満である傾向があるからである(Yang et al., 2003)。Cas13とCas9のこの対比にもかかわらず、本出願人らは、Cas13切断の有無で細胞のトランスクリプトームの配列決定を行い、Cas13の任意の非標的切断活性を測定することができる。具体的には、本出願人らは、配列決定により、ルシフェラーゼ転写物を標的するCas13ガイドとsiRNAの非標的効果を比較する。非標的効果がガイドに特異的であれば、本出願人らは最適な標的ガイドの非標的効果も評価する。本出願人らは、Cas13は、siRNAの少なくとも1/2未満の非標的切断活性を持つと期待している。 A third technical challenge is the non-targeted nuclease activity by Cas13. Non-targeted nuclease activity is of concern as it can induce side effects in animal models or patients. However, it is important to distinguish the relative effects of non-targeted cleavage by Cas13 and Cas9. Since Cas9 targets DNA, any non-targeted cleavage event will result in a permanent change in the genome of affected cells. However, since Casl3 targets RNA, non-targeted cleavage has only transient effects on gene expression. This is because the half-life of messenger RNA tends to be less than 24 hours (Yang et al., 2003). Despite this contrast between Cas13 and Cas9, Applicants can sequence the transcriptome of cells with and without Cas13 cleavage to measure any non-targeted cleavage activity of Cas13. Specifically, we compare the non-targeting effects of Cas13 guides and siRNAs targeting luciferase transcripts by sequencing. If the non-targeted effects are guide-specific, Applicants will also evaluate the non-targeted effects of the optimal targeted guide. Applicants expect Casl3 to have at least half the non-targeted cleaving activity of siRNA.

第四の技術課題は、インフルエンザAを標的する能力である。LCMVに比べて、インフルエンザAは感染した細胞の核内でそのゲノムを複製し、そのゲノムはインフルエンザAタンパク質に結合してリボ核タンパク質(RNP)を形成する(Knipe and Howley, 2007)。本出願人らは、包括的な全ゲノム選別に進む前に、パイロット実験によりこれまでに公開されたshRNA由来のいくつかのガイドによりインフルエンザAの標的を最適化することができる(Wang et al., 2017; Huang et al., 2017; Stoppani et al., 2015; Xu et al., 2015; Wang et al., 2016; McMillen et al., 2016)。具体的には、本出願人らはCas13の局所化を最適化(核対細胞質ゾル)して、プラスのセンスmRNAを標的するガイドの設計がより有効な方法であるか否かを区別することができる。というのはこのRNA種はRNPから遊離して、より容易に標的され得るからである。これらの方法が目標とする標的効率を達成しない場合、本出願人らは、融合タンパク質の作製によりCas9の機能を変える方法同様、Cas13他のタンパク質と融合させてこれらRNPを不安定にすることができる(Dominguez et al., 2016)。現在のインフルエンザに対する核酸標的法はsiRNAを含んでおり、細胞培養モデルにおいて80%~95%のノックダウンまたは少なくとも1/5のインフルエンザ複製の低減を示すと報告されている(Huang et al., 2017; Xu et al., 2015)。本出願人らは、インフルエンザを標的する1つまたは複数のガイドを用いてウイルス複製の低減を同程度かそれ以上、具体的には、5倍超に高めることができる。 A fourth challenge is the ability to target influenza A. Compared to LCMV, influenza A replicates its genome in the nucleus of infected cells, which binds to influenza A protein to form ribonucleoprotein (RNP) (Knipe and Howley, 2007). Prior to proceeding to a comprehensive genome-wide screen, Applicants are able to optimize influenza A targets with several previously published shRNA-derived guides in pilot experiments (Wang et al. Huang et al., 2017; Stoppani et al., 2015; Xu et al., 2015; Wang et al., 2016; McMillen et al., 2016). Specifically, we will optimize the localization of Cas13 (nuclear vs. cytosol) to distinguish whether designing guides targeting positive-sense mRNAs is a more efficient method. can be done. Because this RNA species is released from the RNP, it can be more easily targeted. If these methods do not achieve the desired targeting efficiencies, Applicants will explore the possibility of destabilizing these RNPs by fusing Cas13 to other proteins, as well as methods of altering Cas9 function by making fusion proteins. Yes (Dominguez et al., 2016). Current nucleic acid-targeted strategies against influenza include siRNAs, which have been reported to show 80%-95% knockdown or at least a 5-fold reduction in influenza replication in cell culture models (Huang et al., 2017). ; Xu et al., 2015). Applicants can use one or more guides targeting influenza to increase the reduction of viral replication to the same extent or more, specifically more than 5-fold.

最終の技術課題は、コンパニオンCas13による診断の感度である。これは、ウイルスが患者に広がる前に確実に検出されるために重要である。これは特に、治療耐性変異の文脈に関連する。治療耐性変異は、始めは低頻度で検出が難しいが、高頻度では検出しやすくなる。しかしながら、治療耐性変異が患者で高頻度になるまでに既に損傷が起こっている。より高感度であれば、高速Cas13診断でより素早い検出が可能になる。これらの理由から、本出願人らは、Cas13によるインフルエンザ診断に対して50aM(1マイクロリットルあたり25コピー)という非常に厳密な閾値を設定した。この閾値は、鼻の拭い液中のインフルエンザA滴定量の中心値よりも実質的に低く、1マイクロリットルあたり10RNAコピーである(Ngaosuwankul et al., 2010)。

参考文献
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実施例10 ウイルス性下痢疾患のCas13a/C2c2診断法の向上
A final technical challenge is the sensitivity of diagnosis with companion Cas13. This is important to ensure that the virus is detected before it spreads to the patient. This is particularly relevant in the context of therapy-resistant mutations. Treatment-resistant mutations are initially low frequency and difficult to detect, but become more detectable at high frequency. However, by the time treatment-resistant mutations become common in patients, damage has already occurred. Higher sensitivity allows for faster detection with rapid Cas13 diagnostics. For these reasons, we have set a very stringent threshold of 50 aM (25 copies per microliter) for influenza diagnosis by Cas13. This threshold is substantially lower than the median influenza A titer in nasal swabs, 10 4 RNA copies per microliter (Ngaosuwankul et al., 2010).

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Example 10 Improving Cas13a/C2c2 Diagnostics for Viral Diarrhea Disease

下痢疾患は毎年50万件を越える死亡に関与し、その大部分は発展途上国の子どもである(Walker CL, Rudan I, Liu L, et al. Global burden of childhood pneumonia and diarrhoea(子どもの肺炎および下痢の世界的負担). Lancet 2013;381:1405-16)。これらの疾患のうち、ロタウイルスは死亡率の主要な原因であり、ノロウイルスなどの他のウイルスは世界中で深刻な大流行を引き起こしている。これらの感染はしばしば診断がつかない、あるいは細菌と誤診断されて抗生物質による不適切な治療が行われ、患者の症状を悪化させ抗生物質耐性を促進する。この切迫した公衆衛生の課題に対処するため、ウイルス性下痢疾患の診断に高速で低コストの高感度試験が非常に必要である。 Diarrheal diseases are responsible for more than 500,000 deaths each year, most of them in children in developing countries (Walker CL, Rudan I, Liu L, et al. Global burden of childhood pneumonia and diarrhoea). Global Burden of Diarrhea). Lancet 2013;381:1405-16). Of these diseases, rotavirus is the leading cause of mortality, and other viruses, such as norovirus, have caused severe outbreaks worldwide. These infections are often undiagnosed or misdiagnosed as bacteria and are inappropriately treated with antibiotics, exacerbating patient symptoms and promoting antibiotic resistance. To address this pressing public health challenge, there is a critical need for fast, low-cost, and sensitive tests for the diagnosis of viral diarrheal diseases.

本出願人らは、近年発見されたRNA誘導RNA標的ヌクレアーゼCas13a/C2c2を用いて下痢疾患の診断法を作成することができる。診断は患者の治療において重要な最初の工程である。というのは、診断により医師は細菌感染とウイルス感染とを区別することができ、これによって治療計画に影響を及ぼすからである。SHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing=特定高感度酵素レポーターアンロッキング)と言うCRISPR-Dxプラットフォームはコールドチェーンに頼らず持ち運び可能な高感度かつ特異的な核酸検出ツールである。 Applicants can use the recently discovered RNA-guided RNA-targeted nuclease Cas13a/C2c2 to create diagnostics for diarrheal disease. Diagnosis is an important first step in patient care. This is because the diagnosis allows the physician to distinguish between bacterial and viral infections, which in turn influences treatment regimens. The CRISPR-Dx platform, called SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing), is a highly sensitive and specific nucleic acid detection tool that is portable without relying on the cold chain.

モデルとしてウイルス性下痢疾患を用いて、本出願人らは、SHERLOCK技術に基づき高速で野外で用いることが可能な診断方法を作成することができる。多くの臨床設定で、診断が可能な場合でもウイルス性疾患の診断には48時間以上かかる。合計アッセイ時間を1時間に短縮する、および蛍光による読み出しから比色分析出力に変えるなどを含むSHERLOCKのいくつかの主要な技術的増強により、本出願人らは、簡単な熱ブロックを用いて実行し、臨床従事者が目視で分析することができる試験を作成することができる。これにより、高価で時間がかかり、試料の分解に繋がることもある集中型の検査実験室に試料を送る必要性を回避する。そのような遅延は特に地域的あるいは季節的な疾患大流行時には重要で、素早い公衆衛生応答により出現しつつある感染因子がさらに広がることを防ぐことができる。 Using viral diarrheal disease as a model, we are able to develop a rapid, field-ready diagnostic method based on the SHERLOCK technology. In many clinical settings, diagnosis of viral disease takes 48 hours or more, even when diagnosis is possible. Several key technical enhancements to SHERLOCK, including reducing the total assay time to 1 hour and changing from a fluorescent readout to a colorimetric output, allow Applicants to perform with a simple heat block. and can be developed into a test that can be visually analyzed by clinicians. This avoids the need to send samples to a centralized testing laboratory, which is expensive, time consuming and can lead to sample degradation. Such delays are particularly important during regional or seasonal disease outbreaks, where rapid public health responses can prevent further spread of emerging infectious agents.

ヒトに感染して疾患を引き起こす約22の既知のウイルス族が存在する。この数は継続する集団拡大により増加している(Woolhouse ME, Howey R, Gaunt E, Reilly L, Chase-Topping M, Savill N. Temporal trends in the discovery of human viruses(ヒトウイルスの発見の一時的傾向). Proc Biol Sci 2008;275:2111-5)。これら疾患の多くは、患者の治療に重要な最初の工程である適切な診断法がない。RT-定量PCRおよびELISAなど、現在の代表的な基準診断法は、専門化された装置を必要とし、コールドチェーンは時間がかかり、高い間接費を持つ。高速な抗原による診断法は開発が困難であることが証明されている。これらの限界により、低所得の設定および大流行時に特異的なウイルス病原体を検出するのに用いることができる高速で安価な高感度診断ツールに対して多大な必要性がある。本出願人らは、子どもの主要な死亡原因の1つである下痢性疾患のためのウイルス診断法を開発・向上させることができる。新たなCRISPR-Cas13a/C2c2系は、DNAまたはRNAに由来する特異的なRNA配列を素早く認識して切断する能力を持ち(Abudayyeh OO, Gootenberg JS, Konermann S, et al. C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector(C2c2は1成分のプログラム可能なRNA誘導RNA標的CRISPRエフェクターである). Science 2016;353:aaf5573)、それによりウイルス診断法のための最適な系となる。また、この系は特に大流行に適している。というのは数日のうちに新しい試験を設計して配備することができるからである。 There are about 22 known virus families that infect and cause disease in humans. This number is increasing due to continued population expansion (Woolhouse ME, Howey R, Gaunt E, Reilly L, Chase-Topping M, Savill N. Temporal trends in the discovery of human viruses. ). Proc Biol Sci 2008;275:2111-5). Many of these diseases lack adequate diagnostics, an important first step in treating patients. Current standard diagnostic methods, such as RT-quantitative PCR and ELISA, require specialized equipment, cold chains are time consuming and have high overhead costs. Rapid antigen-based diagnostics have proven difficult to develop. Due to these limitations, there is a great need for fast, inexpensive and highly sensitive diagnostic tools that can be used to detect specific viral pathogens in low-income settings and during pandemics. Applicants are able to develop and improve viral diagnostics for diarrheal disease, one of the leading causes of death in children. The new CRISPR-Cas13a/C2c2 system has the ability to rapidly recognize and cleave specific RNA sequences derived from DNA or RNA (Abudayyeh OO, Gootenberg JS, Konermann S, et al. C2c2 is a single-component A programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector (C2c2 is a one-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector. Science 2016;353:aaf5573), thereby making it an optimal system for viral diagnostics. This system is also particularly suitable for outbreaks. This is because new tests can be designed and deployed in a matter of days.

SHERLOCKの高感度と他の伝染病への適応を考慮すると、この検出プラットフォームは医療現場での診断を向上させ、下痢性ウイルス病原体のための高速で野外で配備可能な多重化試験を開発する理想的な候補である。この手法は、重篤な疾患の診断を向上させ、患者の治療を向上させ、抗生物質の不適切な使用を低減する。 Given SHERLOCK's high sensitivity and applicability to other infectious diseases, this detection platform is ideal for improving diagnostics in healthcare settings and developing a rapid, field-deployable, multiplexed test for diarrheal viral pathogens. is a good candidate. This approach will improve diagnosis of serious diseases, improve patient care, and reduce inappropriate use of antibiotics.

既存の診断方法の主要な限定因子の1つは患者の診察と実験室の結果との間の時間のずれである。ロタウイルスおよびノロウイルスなどのウイルスではそのような遅延は致命的な効果を持つ場合がある。Cas13a/C2c2検出反応の速度を高め、核酸抽出を必要としない検出試験規約を開発するため、「リアルタイム」診断を達成してもよい。本出願人らは、試料の採取から結果までの所要時間を1時間未満とすることができる。 One of the major limiting factors of existing diagnostic methods is the time lag between patient examination and laboratory results. With viruses such as rotavirus and norovirus, such delay can have lethal effects. In order to speed up the Cas13a/C2c2 detection reaction and develop detection test protocols that do not require nucleic acid extraction, "real-time" diagnostics may be achieved. Applicants are able to turn the time from sample collection to results in less than one hour.

RT-定量PCRなど、一般に用いられる核酸検出試験は、宿主材料(血清、尿、糞便)でPCR阻害剤による増幅の前に抽出が必要である。これは、抽出に時間がかかり、熟練した技術者を必要とするので有意な限定である。従って、試料は典型的には集中型の実験室で扱われ、すぐに処理されない。SHERLOCKで用いられる等温増幅法は宿主材料により阻害されず、試料調製試験規約は野外での高速ウイルス検出のために尿および糞便から直接増幅することができる。 Commonly used nucleic acid detection tests, such as RT-quantitative PCR, require extraction of host material (serum, urine, feces) prior to amplification with PCR inhibitors. This is a significant limitation as extraction is time consuming and requires a skilled technician. Therefore, samples are typically handled in a centralized laboratory and not processed immediately. The isothermal amplification method used in SHERLOCK is not inhibited by host material and the sample preparation test protocol allows direct amplification from urine and faeces for rapid virus detection in the field.

本出願人らは、配列の設計により、かつ検出反応液の組成を変更することで増幅スピードを最適化する 。これまでの研究から、等温増幅プライマーは様々な性能を持っていることが示されており、本出願人らは少なくとも10個のプライマー対を選別して、向上した性能を持つものを同定する。本出願人らは、同様にガイド配列を最適化する。というのは、Cas13a/C2c2は特定の配列モチーフを切断する選好性があることが示されているからである。本出願人らはまた、T7ポリメラーゼ濃度、rNTP濃度、背景RNA濃度、およびマグネシウム濃度を最適化して検出のスピードをさらに高める。検出反応の現在の反復は、高感度の核酸検出を達成するには典型的には2時間かかるが、最適化により1時間未満、可能性としては30分まで低下させることができる。

ウイルス性病原体の検出用の比色分析読み出しの開発
Applicants optimize amplification speed through sequence design and by altering the composition of the detection reaction. Previous studies have shown that isothermal amplification primers have varying performance, and Applicants screen at least 10 primer pairs to identify those with improved performance. Applicants will optimize the guide sequences as well. This is because Casl3a/C2c2 has been shown to have a preference for cleaving specific sequence motifs. Applicants also optimize T7 polymerase concentration, rNTP concentration, background RNA concentration, and magnesium concentration to further increase the speed of detection. Current iterations of the detection reaction typically take 2 hours to achieve sensitive nucleic acid detection, but can be reduced to less than 1 hour and possibly to 30 minutes with optimization.

Development of a colorimetric readout for the detection of viral pathogens

臨床診断法に対する最大の限定因子の1つは、世界の多くの臨床設定で強固なインフラ構造がないことである。現在の診断法は、高価な機器と高度な技術訓練を必要とすることが多く、多くの診療所では電気などの基本的なインフラ構造が問題である。現在のCas13a/C2c2検出を蛍光出力から目視による色の変化に変えることで、本出願人らは、高価でエネルギーを消費する機器なしでどんな医療従事者でも実行することができる使い勝手のよい診断法を作成することができる。 One of the biggest limiting factors for clinical diagnostics is the lack of a robust infrastructure in many clinical settings around the world. Current diagnostic methods often require expensive equipment and highly skilled training, and basic infrastructure such as electricity is a problem for many clinics. By changing the current Cas13a/C2c2 detection from fluorescence output to visual color change, Applicants have developed a user-friendly diagnostic method that can be performed by any medical practitioner without expensive, energy-consuming equipment. can be created.

本出願人らは、比色検出に異なる2つの方法、無色の基質から色のついた生成物を生成する酵素レポーター(例えば、lacZ、ペルオキシダーゼ、β-グルクロニダーゼ)、およびナノ粒子の集団を分解してナノ粒子が溶液に溶解する時に色を変化させることで直接ヌクレアーゼ活性を色の変化に変換することができる一本鎖RNAに結合した金ナノ粒子の塊を用いることができる。本出願人らは、これら2つの方法、特に紙表面での読み出しとしての性能を注意深く評価する。というのは、スピードと色変化の決定のしやすさは相殺されるためである。臨床試料を用いて最も性能のよい方法を試験して、特異的な核酸配列の存在について報告する能力をさらに立証する。

下痢性疾患に対するウイルス性病原体の多重診断の開発
Applicants have two different methods for colorimetric detection, an enzymatic reporter (eg, lacZ, peroxidase, β-glucuronidase) that produces a colored product from a colorless substrate, and a population of nanoparticles that degrades. A mass of gold nanoparticles bound to single-stranded RNA can be used, which can directly convert nuclease activity into a color change by changing color when the nanoparticles dissolve in solution. Applicants carefully evaluate the performance of these two methods, especially as a readout on the paper surface. This is because speed and ease of color change determination trade off. The best performing methods are tested with clinical samples to further demonstrate their ability to report on the presence of specific nucleic acid sequences.

Development of multiple diagnostics of viral pathogens for diarrheal disease

ロタウイルス、ノロウイルス、ノーウォークウイルス、サイトメガロウイルス、およびウイルス性肝炎を含む下痢を起こすウイルスは診断がつかないことが多い。これらのウイルス感染は、高い死亡率と病的状態に繋がり、しばしば、抗生物質などの薬物によって増強される。本出願人らは、下痢性感染がウイルス性であるか否かを決定して、患者の治療を知らせ、素早くウイルス大流行を検出し、不必要な抗生物質の使用を減らすのを助けることができる多重診断法を開発することができる。 Viruses that cause diarrhea, including rotavirus, norovirus, Norwalk virus, cytomegalovirus, and viral hepatitis, often go undiagnosed. These viral infections lead to high mortality and morbidity and are often enhanced by drugs such as antibiotics. Applicants have found that determining whether a diarrheal infection is viral can help inform patient treatment, quickly detect viral outbreaks, and reduce unnecessary antibiotic use. Multiple diagnostics can be developed that can

糞便、尿、および血液由来の臨床試料およびウイルス種保存液を用いて各病原体に対してSHERLOCKを開発する。本出願人らは、複数の配列アライメントを用いて結合領域内のヌクレオチド多様性に相当するプライマー対とガイドを設計する。ウイルスのRNAはリコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)反応を受ける。T7 RNAポリメラーゼを加えて増幅したDNAをRNAに転写する。本出願人らは、Cas13a、消光された蛍光レポーター、および評価用の比色分析系からなる新たな反応混合物に得られたRNAを加える。

実施例11 体液から直接ウイルス検出をするためのHUDSON試験規約の使用
A SHERLOCK is developed for each pathogen using clinical specimens and viral stocks from faeces, urine, and blood. Applicants use multiple sequence alignments to design primer pairs and guides that represent nucleotide diversity within the binding region. Viral RNA undergoes a recombinase polymerase amplification (RPA) reaction. T7 RNA polymerase is added to transcribe the amplified DNA into RNA. Applicants add the resulting RNA to a new reaction mixture consisting of Casl3a, a quenched fluorescent reporter, and a colorimetric system for evaluation.

Example 11 Use of the HUDSON Test Protocol for Virus Detection Directly from Body Fluids

SHERLOCKが任意の文脈でのウイルス検出で勝るためには、患者試料からの直接検出することができる方法と視覚的な読み出しを組み合わせるべきである。本発明者らは、患者試料でZIKVおよびDENVの検出でのSHERLOCKの性能を試験し、HUDSON(Heating Unextracted Diagnostic Samples to Obliterate Nucleases、未抽出の診断試料を加熱してヌクレアーゼを破壊する)を開発した。この方法は、比色分析読み出しにより体液から直接ZIKVおよびDENVの高速かつ高感度な検出を可能にし、SHERLOCKv2の一部として最近示された(Gootenberg et al. Science doi:10.1126/science.aaq0179; 2018)。また、本発明者らは、複数のウイルス種および株を区別して、臨床的に適切な変異を同定するSHERLOCKアッセイを設計した。 For SHERLOCK to excel in virus detection in any context, it should combine a visual readout with methods that can be detected directly from patient samples. The inventors tested the performance of SHERLOCK in detecting ZIKV and DENV in patient samples and developed HUDSON (Heating Unextracted Diagnostic Samples to Obliterate Nucleases). . This method enables fast and sensitive detection of ZIKV and DENV directly from bodily fluids with a colorimetric readout and was recently demonstrated as part of SHERLOCKv2 (Gootenberg et al. Science doi:10.1126/science.aaq0179; 2018). ). We also designed a SHERLOCK assay to distinguish between multiple viral species and strains to identify clinically relevant mutations.

患者の試料中でのZIKVおよびDENV の検出により、SHERLOCKの感度とウイルス多様性の許容誤差について厳密な試験が提供される。本発明者らのZIKV SHERLOCKアッセイは種保存液のcDNAで試験した場合に1コピー(1cp/μl)感度を持っていた(図98)。本発明者らは、2015年~2016年のZIKV大流行時に採取した試料に由来する40個のcDNAの性能を評価した。そのうち、37個はZIKV感染が疑われる患者の試料に由来し、3個は蚊の供給源に由来するものであった(図87、図99B、および表24)。これら患者由来の16個の試料では、その感度と特異性を他の核酸増幅試験(市販のAltona RealstarジカウイルスRT-PCRアッセイを含む)と比較することでSHERLOCKを評価した(図82C、図88A~C、図99C、図100、図101、表25、また「考察」を参照のこと)。Altonaアッセイで陽性とされた10個の試料のうち、10個すべてがSHERLOCKで検出された(100%の感度)。他の6個の試料は両方のアッセイで陰性であった(100%の特異性、100%の一致性)。本発明者らのZIKVアッセイは、健康な尿および水で試験した場合は偽陽性がなかった(図99B)。次いで、ZIKV感染に似た症状を持つ関連しているがより多様性のあるフラビウイルスであるDENVを検出するSHERLOCKの能力を立証した。すべての24個のRT-PCR陽性DENV RNA試料は、検出の1時間後にDENV陽性であることが確認された(図99D、図102、図103、および表26)。SHERLOCKは、ZIKVおよびDENVの患者の試料から抽出したウイルス核酸を高感度かつ特異的に検出する。

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Detection of ZIKV and DENV in patient samples provides a rigorous test of SHERLOCK sensitivity and viral diversity tolerance. Our ZIKV SHERLOCK assay had a 1 copy (1 cp/μl) sensitivity when tested with the cDNA of the seed stock (Fig. 98). We evaluated the performance of 40 cDNAs derived from samples taken during the 2015-2016 ZIKV outbreak. Of these, 37 were from patient samples with suspected ZIKV infection and 3 were from mosquito sources (Figure 87, Figure 99B, and Table 24). In 16 samples from these patients, SHERLOCK was evaluated by comparing its sensitivity and specificity to other nucleic acid amplification tests, including the commercially available Altona Realstar Zika virus RT-PCR assay (Figures 82C, 88A). 99C, 100, 101, Table 25, also see Discussion). Of the 10 samples that tested positive with the Altona assay, all 10 were detected with SHERLOCK (100% sensitivity). The other 6 samples were negative in both assays (100% specificity, 100% concordance). Our ZIKV assay was free of false positives when tested in healthy urine and water (Fig. 99B). We then demonstrated the ability of SHERLOCK to detect DENV, a related but more diverse flavivirus with symptoms similar to ZIKV infection. All 24 RT-PCR positive DENV RNA samples were confirmed to be DENV positive 1 hour after detection (Figure 99D, Figure 102, Figure 103 and Table 26). SHERLOCK sensitively and specifically detects viral nucleic acids extracted from ZIKV and DENV patient samples.
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SHERLOCKは抽出された核酸の検出に優れているが、野外配備可能な高速診断試験は体液中のウイルス核酸を検出する抽出工程を必要としない。多くのウイルスはZIKVおよびDENVを含む尿または唾液中に放出されており、採取は侵襲性ではない(Paz-Bailey et al. N. Engl. J. Med doi:10.1056/NEJMoa1613108 (2017); Andries et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 9, e0004100 (2015))。SHERLOCKによってウイルス核酸を直接体液から検出するため、本発明者らは、熱および化学還元を用いてウイルス粒子を溶解し、体液中に観察される高濃度のRNA分解酵素を不活性化する方法HUDSONを開発した(図104Aおよび図89)(Weickmann et al. J. Biol. Chem. 257:8705-8710 (1982))。HUDSONで処理した尿または唾液は、続く増幅または検出を阻害することなく、希釈または精製せずに直接RPA反応液に加えてもよい(血液生成物は加熱時に固化するのを避けるため、1:3に希釈された)。HUDSONおよびSHERLOCKは、尿、全血、血漿、血清、または唾液に加えた遊離ZIKV核酸を高感度で検出することができる(図83A、83B、図90A、図105、および図106)。ウイルス核酸は感染性粒子内に封入されているが、臨床感染を模倣するため、本発明者らは感染性ZIKV粒子を体液に加えた。HUDSONをSHERLOCKと組み合わせると(図91および図107)、全血(図108)または血清(図104B)で90aM(45cp/μl)、唾液(図104C)で0.9aM(約1cp/μl)、尿で20aM(10cp/μl)という高感度で感染性粒子由来のZIKV RNAを検出することができた。蛍光および比色分析読み出しを含めて総所要時間は2時間未満であった(図104Dおよび図114)。HUDSONおよびSHERLOCKの感度は、患者試料中で観察されたZIKV RNA濃度に相当するもので、1~1,000cp/μlの範囲である(Faye et al. J. Clin. Virol. 43:96-101 (2008); Paz-Bailey et al. N. Engl. J. Med. Doi:10.1056/NEJMoa1613108 (2017))。HUDSONを汎DENV SHERLOCKアッセイと組み合わせると、全血、血清、および唾液中のDENVを検出した(図109および図110)。8人の患者の血清試料のうちの8個(図104E)、試験された3人の患者の唾液試料のうちの3個(図104F)から直接DENVを検出した。血清よりもウイルス力価が低いにもかかわらず合計所要時間1時間未満で唾液から検出された(Andries et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 9, e0004100 (2015))。本発明者らは、横型フローストリップを用いて比色分析読み出しによりDENVを直接検出した(図104G)。これは、最小限の装置で体液から直接ZIKVまたはDENVを検出することができるHUDSONからSHERLOCKという経路を示している。 Although SHERLOCK excels at detecting extracted nucleic acids, the field-deployable rapid diagnostic test does not require an extraction step to detect viral nucleic acids in bodily fluids. Many viruses have been shed in urine or saliva, including ZIKV and DENV, and collection is not invasive (Paz-Bailey et al. N. Engl. J. Med doi:10.1056/NEJMoa1613108 (2017); Andries et al. al. PLoS Negl. Trop. Dis. 9, e0004100 (2015)). To detect viral nucleic acids directly from body fluids by SHERLOCK, we developed a method HUDSON that uses heat and chemical reduction to lyse viral particles and inactivate the high concentrations of RNases observed in body fluids. (Figs. 104A and 89) (Weickmann et al. J. Biol. Chem. 257:8705-8710 (1982)). HUDSON-treated urine or saliva may be added directly to the RPA reaction without dilution or purification without interfering with subsequent amplification or detection (blood products are 1:1 to avoid solidification upon heating). 3). HUDSON and SHERLOCK are capable of sensitive detection of free ZIKV nucleic acid added to urine, whole blood, plasma, serum, or saliva (Figures 83A, 83B, 90A, 105, and 106). Viral nucleic acids are encapsulated within infectious particles, but to mimic clinical infection, we added infectious ZIKV particles to body fluids. When HUDSON was combined with SHERLOCK (Figures 91 and 107), 90 aM (45 cp/μl) in whole blood (Figure 108) or serum (Figure 104B), 0.9 aM (~1 cp/μl) in saliva (Figure 104C), ZIKV RNA from infectious particles could be detected in urine with a sensitivity as high as 20 aM (10 cp/μl). Total turnaround time including fluorescence and colorimetric readout was less than 2 hours (Fig. 104D and Fig. 114). The sensitivities of HUDSON and SHERLOCK range from 1 to 1,000 cp/μl, corresponding to ZIKV RNA concentrations observed in patient samples (Faye et al. J. Clin. Virol. 43:96-101). (2008); Paz-Bailey et al. N. Engl. J. Med. Doi:10.1056/NEJMoa1613108 (2017)). HUDSON in combination with the pan-DENV SHERLOCK assay detected DENV in whole blood, serum and saliva (Figures 109 and 110). DENV was detected directly in 8 of 8 patient serum samples (Figure 104E) and 3 of 3 patient saliva samples tested (Figure 104F). It was detected in saliva in less than 1 hour total turnaround time despite lower virus titers than in serum (Andries et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 9, e0004100 (2015)). We detected DENV directly with a colorimetric readout using a horizontal flow strip (Fig. 104G). This demonstrates a HUDSON to SHERLOCK pathway that can detect ZIKV or DENV directly from bodily fluids with minimal equipment.

多くの遺伝的および抗原的に類似したフラビウイルスは共循環し、類似の症状を持つので、本発明者らは、関係したウイルス種および血清型を区別する診断パネルを開発した。本発明者らは、ZIKVゲノム、DENVゲノム、西ナイルウイルス(WNV)ゲノム、および黄熱ウイルス(YFV)ゲノム内の保存された領域を同定し、4種のウイルスのいずれか、および種に特異的なcrRNAを増幅することができる汎用フラビウイルスRPAプライマーを持つフラビウイルスパネルを設計した(図84A)。このパネルは、0.22%未満の非標的蛍光で合成ZIKV、DENV、WNV、およびYFV DNA標的を検出し(図84B、図92、また「方法」を参照のこと)、これら4種のウイルスのすべての対の組合せが存在することを確認した。これは模倣共感染を検出する能力を示している(図84B、図84C、および図93)。本発明者らはまた、DENVに特異的なRPAプライマーおよび血清型に特異的なcrRNAを用いて3.2%の非標的蛍光度(図84D、図79C、および図94)でDENV血清型1~4を区別することができるパネルを設計した(図84D)。低レベルの非標的蛍光度により、100%の特異性で血清型を区別することができ、現在の血清型同定法の代替えを提供する(Waggoner et al. Microbiol. 51:3418-3420 (2013))。このDENVパネルは、12個のRT-PCR血清型患者試料または臨床単離物の血清型を確認し(図84Dおよび図111)、2個の臨床単離物を混合感染と同定した。これは一般に観察される現象である(Requena-Castro et al. Mem. Inst. Oswaldo Cruz. 112:520-522 (2017))。従って、SHERLOCKは、1つの増幅反応を用いて関係するウイルスまたは血清型を区別するように拡張することができる。 Because many genetically and antigenically similar flaviviruses co-circulate and have similar symptoms, the inventors developed a diagnostic panel to distinguish between related virus species and serotypes. We identified conserved regions within the ZIKV, DENV, West Nile virus (WNV), and yellow fever virus (YFV) genomes, and analyzed any of the four viruses, and species-specific A flavivirus panel was designed with universal flavivirus RPA primers capable of amplifying the desired crRNA (Fig. 84A). This panel detected synthetic ZIKV, DENV, WNV, and YFV DNA targets with less than 0.22% non-target fluorescence (Fig. 84B, Fig. 92, see also Methods), showing that these four viruses It was confirmed that all pairs of combinations of This demonstrates the ability to detect mimetic co-infections (Figures 84B, 84C, and 93). We also tested DENV serotype 1 at 3.2% non-target fluorescence (FIGS. 84D, 79C, and 94) using DENV-specific RPA primers and serotype-specific crRNAs. A panel was designed that could distinguish ~4 (Fig. 84D). Low levels of non-targeted fluorescence can distinguish serotypes with 100% specificity, offering an alternative to current serotyping methods (Waggoner et al. Microbiol. 51:3418-3420 (2013) ). This DENV panel confirmed the serotypes of 12 RT-PCR serotype patient samples or clinical isolates (FIGS. 84D and 111) and identified 2 clinical isolates as mixed infections. This is a commonly observed phenomenon (Requena-Castro et al. Mem. Inst. Oswaldo Cruz. 112:520-522 (2017)). Thus, SHERLOCK can be extended to distinguish between related viruses or serotypes using a single amplification reaction.

SHERLOCKは野外配備可能な多様体の同定のために固有に用意されている。これにより、微生物の脅威をリアルタイムに追跡することができる。一塩基多型(SNP)の遺伝子型決定は、典型的にはPCRおよび蛍光または質量分析検出の何れかを含み、高価な試料処理、高価な装置が必要であり、野外配備性が限定される(Kim et al. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9:289-320 (2007)。SHERLOCKは、crRNAのSNPに近い位置に合成による不一致を配置することでSNPを同定し、祖先に特異的および由来したものに特異的なcrRNAで各標的を試験することができる(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)。本発明者らは、2015年~2016年のZIKV大流行に由来する3つの地域に特異的なSNPの診断法を設計し(図112B)、合成標的、ウイルス種保存液、およびホンジュラス、ドミニカ共和国、および米国由来のcDNA試料中のこれらSNPを同定した図112C~図E)。これらの結果は、SHERLOCKがZIKV大流行由来の試料のSNPを同定することができることを示しており、SHERLOCKの1ヌクレオチド特異性を強調するものである。 SHERLOCK is uniquely prepared for identification of field-deployable variants. This allows real-time tracking of microbial threats. Genotyping of single nucleotide polymorphisms (SNPs) typically involves PCR and either fluorescence or mass spectrometry detection, requires expensive sample processing, expensive equipment, and has limited field deployability. (Kim et al. Annu. Rev. Biomed. Eng. 9:289-320 (2007). SHERLOCK identifies SNPs by placing synthetic discrepancies close to SNPs in crRNAs, ancestry-specific and Each target can be tested with origin-specific crRNAs (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017). Three region-specific SNP diagnostics were designed (Figure 112B) and identified these SNPs in synthetic targets, viral seed stocks, and cDNA samples from Honduras, Dominican Republic, and the United States. E) These results demonstrate that SHERLOCK can identify SNPs in samples from ZIKV outbreaks, highlighting the single-nucleotide specificity of SHERLOCK.

ウイルス(例えば、ZIKVおよびHIV)について出現しつつある薬物耐性および他の臨床的に関連する変異を急速に同定することは大きな利便性がある。多様体の同定アッセイを素早く開発するため、近年胎児の小頭症と関連付けられたPrM領域(S139N)のZIKVの点変異を試験症例として用いた(Yuan et al. Science eaam7120 (2017)。報告が公開された1週間以内に(図112Fおよび図113)、本発明者らはS139N変異用の複数のSHERLOCKアッセイを開発し(図96および図112G)、視覚的な読み出しで2015年~2016年のZIKV大流行に由来する患者試料中の変異を同定することができた(図112H)。多くの臨床的に適切な変異のSHERLOCK診断法を開発する容易さをさらに示すため、本発明者らは、HIV逆転写酵素に最も一般に観察される6つの薬物耐性変異のためのアッセイを1週間で設計および試験した(Rhee et al. Nucleic Acids Res. 31:298-303 (2003))(図97)。これらの例は、SHERLOCKを用いてほとんどリアルタイムで臨床的に適切な多様体を監視することができることを強調するものである。 It would be of great benefit to rapidly identify emerging drug resistance and other clinically relevant mutations in viruses such as ZIKV and HIV. To rapidly develop a variant identification assay, we used a ZIKV point mutation in the PrM region (S139N) recently associated with fetal microcephaly as a test case (Yuan et al. Science eaam7120 (2017). Within a week of publication (FIGS. 112F and 113), we developed multiple SHERLOCK assays for the S139N mutation (FIGS. 96 and 112G), with visual readouts of 2015-2016 We were able to identify mutations in patient samples from the ZIKV outbreak (Fig. 112H).To further demonstrate the ease of developing a SHERLOCK diagnostic for many clinically relevant mutations, we designed and tested an assay for the six most commonly observed drug resistance mutations in HIV reverse transcriptase in one week (Rhee et al. Nucleic Acids Res. 31:298-303 (2003)) (Figure 97). These examples highlight that SHERLOCK can be used to monitor clinically relevant variants in near real-time.

HUDSONとSHERLOCKを組み合わせて、本発明者らは、高性能かつ最小限の装置または試料処理要件で野外配備可能なウイルス診断プラットフォームを作成した。このプラットフォームは、高速抗原試験(Bosch et al. Sci. Transl. Med 9 (2017), doi:10.1126/scitrtanslmed.aan1589; Balmaseda et al. PNAS USA 114:8384-8389 (2017); Priyamvada et al. PNAS USA 113:7852-7857 (2016))と同程度のスピードおよび装置要件を持ち、増幅による核酸診断法と同程度に高感度かつ特異的である(Piepenburg et al. PLoS Biol. 4, e204 (2006)); Yu et al. Angew. Chem. Int. Ed Engl. 56, 992-996 (2017); Eboigbodin et al. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 86:369-371 (2016); Pardee et al. Cell 165:1255-1266 (2016); Chotiwan et al. Sci. Transl. Med. 9 (2017) doi:10.1126/scitranslmed.aag0538; Van Ness et al. PNAS 100:4504-4509 (2003))。さらに、この方法は、体液中に存在する実質的にどのウイルスをも検出するように容易に適応させることができ、多重化検出をスケールアップすることができ(Gootenberg et al. Science doi:10.1126/science.aaq0179 (2018))、コールドチェーンに頼らないようにするため上記試薬を冷凍乾燥してもよい(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017))。Cas13による検出は、世界のほとんどどこでも実行することができてウイルス感染の有効な高速診断を可能にする、有望な次世代の診断方法である。

材料および方法
Combining HUDSON and SHERLOCK, we have created a field-deployable viral diagnostic platform with high performance and minimal equipment or sample handling requirements. This platform has been used in rapid antigen testing (Bosch et al. Sci. Transl. Med 9 (2017), doi:10.1126/scitrtanslmed.aan1589; Balmaseda et al. PNAS USA 114:8384-8389 (2017); Priyamvada et al. PNAS USA 113:7852-7857 (2016)), and is as sensitive and specific as amplification-based nucleic acid diagnostics (Piepenburg et al. PLoS Biol. 4, e204 (2006). )); Yu et al. Angew. Chem. Int. Ed Engl. 56, 992-996 (2017); Eboigbodin et al. Cell 165:1255-1266 (2016); Chotiwan et al. Sci. Transl. Med. 9 (2017) doi:10.1126/scitranslmed.aag0538; Van Ness et al. Furthermore, the method can be readily adapted to detect virtually any virus present in bodily fluids and can be scaled up for multiplexed detection (Gootenberg et al. Science doi:10.1126/ science.aaq0179 (2018)), the reagents may be freeze-dried to avoid recourse to cold chains (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)). Detection by Cas13 is a promising next-generation diagnostic method that can be performed almost anywhere in the world, allowing effective rapid diagnosis of viral infections.

material and method

臨床試料/倫理についての陳述。本研究に用いられた臨床試料は、la Plaza de la Salud(ドミニカ共和国サントドミンゴ)のInstitutional Review Boards/Ethics Review Committees、Florida Department of Health(フロリダ州タラハシー)、およびUniversidad Nacional Autonoma de Honduras(ホンジュラス、テグシガルパ)で評価および承認された臨床研究に由来している。マサチューセッツ工科大学(MIT)のInstitutional Review Board/Ethics Review CommitteeおよびOffice of Research Subject Projection at the Broad Instituteは、上に示した機関によって採取された試料の使用を承認した。デングウイルス臨床試料については、The Broad Institute InstitutionalReview Board/EthicsReview Committeeがこれら試料の使用を承認した。 Clinical Specimens/Ethics Statement. The clinical samples used in this study were collected from the Institutional Review Boards/Ethics Review Committees of la Plaza de la Salud (Santo Domingo, Dominican Republic), the Florida Department of Health (Tallahassee, FL), and the Universidad Nacional Autonoma de Honduras (Tegucigalpa, Honduras). ) from clinical studies evaluated and approved in The Institutional Review Board/Ethics Review Committee at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and the Office of Research Subject Projection at the Broad Institute approved the use of samples collected by the institutions indicated above. For dengue virus clinical samples, The Broad Institute Institutional Review Board/Ethics Review Committee approved these samples for use.

ジカウイルス(ZIKV)臨床試料は2015年~2016年のZIKV大流行時に採取され、共同機関でその共同機関に応じてHologic Aptima ZIKVアッセイあるいは公開されているZIKV RT-PCRまたはRT-定量PCRアッセイの何れかで試験した。核酸試験とその結果は表24に報告されている。これらの採取した臨床試料から抽出したRNAは、メタゲノムおよび標的配列決定、ならびにこれまで公開されたゲノムに対して準備された(Metsky et al. Nature 546:411-415 (2017))。これら40個の調製液由来のcDNAを入力として用いてSHERLOCKと増幅産物PCRの性能を比較した。AltonaRealStarジカウイルスRT-PCRキットを用いて、これら試料のうちの16個から抽出したRNAを試験した。このアッセイの詳細を以下に示す。試験した試料およびその結果は表25に報告されている。 Zika virus (ZIKV) clinical samples were collected during the 2015-2016 ZIKV outbreak and analyzed by collaborating institutions using the Hologic Aptima ZIKV assay or published ZIKV RT-PCR or RT-quantitative PCR assays, depending on the collaborating institution. tested on any. Nucleic acid tests and their results are reported in Table 24. RNA extracted from these collected clinical samples was prepared for metagenomic and targeted sequencing, as well as previously published genomes (Metsky et al. Nature 546:411-415 (2017)). cDNA from these 40 preparations was used as input to compare the performance of SHERLOCK and amplicon PCR. RNA extracted from 16 of these samples was tested using the AltonaRealStar Zika virus RT-PCR kit. Details of this assay are provided below. The samples tested and their results are reported in Table 25.

デングウイルス(DENV)に陽性と確認された患者の血清試料は、Broad Institute Viral Genomics InitiativeのDENVの比較ゲノミクスから過剰であった。また、DENV陽性と確認された患者の4つの血清試料および3つの一致する唾液試料をBoca Biolisticsから得た。DENV RT-PCR陽性ヒト血清試料から抽出したRNAおよび臨床単離物はBroad Institute Viral Genomics InitiativeのDENVの比較ゲノミクスより過剰であった。以下に概要を述べるRNA抽出試験規約に沿ってヒト血清をC6/36細胞で培養して、細胞上澄みからRNAを採取して、臨床単離物を準備した。 Serum samples from patients confirmed positive for dengue virus (DENV) were surplus from the Broad Institute Viral Genomics Initiative's Comparative Genomics of DENV. Four serum samples and three matched saliva samples of patients confirmed to be DENV positive were also obtained from Boca Biolistics. RNA extracted from DENV RT-PCR positive human serum samples and clinical isolates were in excess of the comparative genomics of DENV from the Broad Institute Viral Genomics Initiative. Clinical isolates were prepared by incubating human serum on C6/36 cells and harvesting RNA from cell supernatants according to the RNA extraction protocol outlined below.

LwCas13aおよびcrRNAの作製LwCas13aを組織内(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017))またはGenscriptによって精製した。1倍Taq反応緩衝液(NEB)中の最終濃度が10μMでcrRNA DNA鋳型をT7プロモーターオリゴヌクレオチドにアニールした。これは95℃で5分間の変性を含み、次いで1分間に5℃で4℃まで下げてアニールした。HiScribe T7 High Yield RNA合成キット(NEB)を用いてcrRNAを生体外で転写した。短いRNA転写物について製造者の指示に従って容積を30μlまでスケールアップして転写を行った。反応液を37℃で一晩インキュベートした。反応容積の2倍の比でRNAClean XPビーズ(Beckman Coulter)を用いて、さらに1.8倍のイソプロピルアルコールを補充し、転写物を精製した。いくつかのcrRNAはIntegrated DNA Technologies (IDT)によって合成された。 Production of LwCasl3a and crRNA LwCasl3a was purified in-house (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)) or by Genscript. The crRNA DNA template was annealed to the T7 promoter oligonucleotide at a final concentration of 10 μM in 1×Taq reaction buffer (NEB). This involved denaturation at 95°C for 5 minutes followed by annealing down to 4°C at 5°C for 1 minute. The crRNA was transcribed in vitro using the HiScribe T7 High Yield RNA Synthesis Kit (NEB). Transcriptions were performed in volumes scaled up to 30 μl according to the manufacturer's instructions for short RNA transcripts. Reactions were incubated overnight at 37°C. Transcripts were purified using RNAClean XP beads (Beckman Coulter) at a ratio of 2x reaction volume supplemented with an additional 1.8x isopropyl alcohol. Some crRNAs were synthesized by Integrated DNA Technologies (IDT).

試料の調製。製造者の指示に従い、担体RNAを有するQIAamp Viral RNAミニキット(QIAGEN)を用いて、140μlの入力材料からウイルスのRNAを抽出した。試料を60μlのヌクレアーゼを含まない水で溶出し、使用まで-80℃で保存した。 Sample preparation. Viral RNA was extracted from 140 μl of input material using the QIAamp Viral RNA mini kit with carrier RNA (QIAGEN) according to the manufacturer's instructions. Samples were eluted with 60 μl of nuclease-free water and stored at −80° C. until use.

既に公開されている方法(Matranga et al. Genome Biol. 15:519 (2014))を用いて、cDNAを作製するため、5μlの抽出したRNAを一本鎖cDNAに変換した。手短に言うと、SuperScript III (Invitrogen) およびランダムヘキサマープライマーでRNAを逆転写した。次いで、RNA-DNA二本鎖をRNA分解酵素Hで分解した。cDNAを使用まで-20℃で保存した。実験によっては(図99Cおよび図100)、RNA分解酵素Hによる処理をせず、SuperScript IVを用いて55℃で20分逆転写を行った。 For cDNA generation, 5 μl of extracted RNA was converted to single-stranded cDNA using a previously published method (Matranga et al. Genome Biol. 15:519 (2014)). Briefly, RNA was reverse transcribed with SuperScript III (Invitrogen) and random hexamer primers. The RNA-DNA duplex was then digested with RNase H. The cDNA was stored at -20°C until use. In some experiments (Fig. 99C and Fig. 100), RNase H treatment was not performed and reverse transcription was performed using SuperScript IV at 55°C for 20 minutes.

ZIKV検出実験で1つの培養単離物ZIKVペルナンブコ(単離物PE243、KX197192.1)を陽性対照または祖先の配列の対照として用いた。上記のRNA抽出方法を用いて、140μlの種保存液試料からウイルスのRNAを抽出した。 One cultured isolate ZIKV pernambuco (isolate PE243, KX197192.1) was used in ZIKV detection experiments as a positive control or ancestral sequence control. Viral RNA was extracted from 140 μl seed stock samples using the RNA extraction method described above.

TCEP/EDTAの添加および試料の加熱により尿試料のRNA分解酵素による不活性を行った。TCEPおよびEDTAをそれぞれ、最終濃度100mMおよび1mMで尿試料に加えた。2つの試験規約を用いた:95℃で10分間の1工程の不活性、あるいは50℃で20分間、次いで95℃で5分間の2工程の不活性。熱サイクラーまたは乾燥熱ブロックを用いて不活性化を行った。 RNase inactivation of urine samples was performed by addition of TCEP/EDTA and heating of the samples. TCEP and EDTA were added to urine samples at final concentrations of 100 mM and 1 mM, respectively. Two test protocols were used: one step inactivation at 95°C for 10 minutes, or two steps inactivation at 50°C for 20 minutes followed by 95°C for 5 minutes. Inactivation was performed using a thermal cycler or dry heat block.

TCEP/EDTAの添加および試料の加熱により全血、血漿、血清、および唾液試料中のジカウイルスのRNA分解酵素による不活性を行った。TCEPおよびEDTAをそれぞれ、最終濃度100mMおよび1mMで尿試料に加えた。50℃で5分、次いで64℃で5分(血液生成物または唾液)あるいは50℃で20分、次いで95℃で5分(尿)の2工程の不活性化を用いた。熱サイクラーまたは乾燥熱ブロックを用いて不活性化を行った。 RNase inactivation of Zika virus in whole blood, plasma, serum, and saliva samples was performed by addition of TCEP/EDTA and heating of the samples. TCEP and EDTA were added to urine samples at final concentrations of 100 mM and 1 mM, respectively. A two-step inactivation was used of 5 min at 50° C., then 5 min at 64° C. (blood products or saliva) or 20 min at 50° C., then 5 min at 95° C. (urine). Inactivation was performed using a thermal cycler or dry heat block.

TCEP/EDTAの添加および試料の加熱により全血、血清、および唾液試料中のDENVのRNA分解酵素による不活性を行った。TCEPおよびEDTAをそれぞれ、最終濃度100mMおよび1mMで尿試料に加えた。42℃(あるいは実験によっては37℃)で20分間、次いで64℃で5分間の2工程の不活性を用いた。熱サイクラーを用いて不活性化を行った。 RNase inactivation of DENV in whole blood, serum, and saliva samples was performed by addition of TCEP/EDTA and heating of the samples. TCEP and EDTA were added to urine samples at final concentrations of 100 mM and 1 mM, respectively. Two steps of inactivation were used at 42°C (or 37°C depending on the experiment) for 20 minutes, followed by 64°C for 5 minutes. Inactivation was performed using a thermal cycler.

RPA反応およびプライマー設計。RPA反応でTwist-Dx RT-RPAキットを製造者の指示に従って用いた。プライマー濃度は480nMであった。RNAを含む増幅反応ではMurine RNA分解酵素阻害剤(NEB M3014L) を1マイクロリットルあたり2単位の最終濃度で用いた。特に断りがなければ、すべてのRPA反応は20分であった。 RPA reactions and primer design. The Twist-Dx RT-RPA kit was used in the RPA reactions according to the manufacturer's instructions. Primer concentration was 480 nM. Amplification reactions involving RNA used Murine RNase inhibitor (NEB M3014L) at a final concentration of 2 units per microliter. All RPA reactions were 20 minutes unless otherwise stated.

ZIKV検出では、最近の出版物(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017))に由来するRPAプライマーRP819/RP821を用いた。汎用DENV検出では、血清型に関わらず、公開されているRPAプライマーDENV1-3-RPA-RP4/DENV1-3-RPA-FP13およびDENV4-RPA-RP2/DENV4-RPA-FP3の同量混合物を用いた(Abd El Wahed et al. PLoS One 10, e0129682 (2015))。フラビウイルスパネルではRPAプライマーFLAVI-NS5fwd-1/FLAVI-NS5rev-1を用いた。血清型を区別するDENVパネルでは、RPAプライマーDENV-3UTRfwd-1/DENV-3UTRrev-1を用いた。地域に特異的なジカSNP検出では、RPAプライマーDOMUSA-5249-fwd/DOMUSA-5249-rev (DOMUSA5249 SNP)、USA-935-fwd/USA-935-rev (USA935 SNP)、およびHND-2788-fwd/HND-2788-rev (HND2788 SNP)を用いた。小頭症に関連付けられたジカSNPの検出では、RPAプライマーZIKV-mcep-fwdおよびZIKV-mcep-revを用いた。HIV逆転写酵素の薬物耐性SNPの検出では、RPAプライマーHIVRT-149F/HIVRT-348R (K65R、K103N、およびV106M SNP)、およびHIV-462F/HIVRT-601R (Y181C、M184V、およびG190A SNP)を用いた。RPAプライマー名および配列の完全なリストは表28を参照のこと。

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Figure 2023052052000060
ZIKV detection used RPA primers RP819/RP821 from a recent publication (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)). Universal DENV detection uses an equal mixture of the published RPA primers DENV1-3-RPA-RP4/DENV1-3-RPA-FP13 and DENV4-RPA-RP2/DENV4-RPA-FP3, regardless of serotype. (Abd El Wahed et al. PLoS One 10, e0129682 (2015)). The flavivirus panel used the RPA primers FLAVI-NS5fwd-1/FLAVI-NS5rev-1. For the serotype-discriminating DENV panel, the RPA primers DENV-3UTRfwd-1/DENV-3UTRrev-1 were used. For region-specific Zika SNP detection, RPA primers DOMUSA-5249-fwd/DOMUSA-5249-rev (DOMUSA5249 SNP), USA-935-fwd/USA-935-rev (USA935 SNP), and HND-2788-fwd /HND-2788-rev (HND2788 SNP) was used. Detection of the Zika SNP associated with microcephaly used the RPA primers ZIKV-mcep-fwd and ZIKV-mcep-rev. For detection of HIV reverse transcriptase drug resistance SNPs, RPA primers HIVRT-149F/HIVRT-348R (K65R, K103N, and V106M SNPs) and HIV-462F/HIVRT-601R (Y181C, M184V, and G190A SNPs) were used. board. See Table 28 for a complete list of RPA primer names and sequences.
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Cas13検出反応およびcrRNAの設計。1反応あたりの背景RNAの入力を100ngから0~25ngに減じた以外は上記のように検出反応を行った(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017))。これにより、レポーターオリゴヌクレオチドの如何なる擬似切断も導入せずに反応速度を高められる。特に断りがなければ、RNA分解酵素Alert v2 (Thermo)をレポーターとして用いた。Biotekマイクロプレートリーダー(Synergy H4、Neo2、およびCytation 5)を検出反応の蛍光度を測定するのに用いた。485nmの励起、520nmの放出で単色光分光器を用いて、3時間まで5分ごとに読み取って蛍光動力学を監視した。異なる機械間の感度に有意な差は見られなかった。従って、これらの機械を交換可能に用いた。報告された蛍光値は背景を減じたもの、あるいは鋳型に特異的な値である。報告された時点は、図面の注記に記載されている。 Design of Cas13 detection reactions and crRNAs. Detection reactions were performed as described above, except that the background RNA input per reaction was reduced from 100 ng to 0-25 ng (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)). This can speed up the reaction without introducing any spurious cleavage of the reporter oligonucleotide. RNase Alert v2 (Thermo) was used as a reporter unless otherwise stated. A Biotek microplate reader (Synergy H4, Neo2, and Cytation 5) was used to measure the fluorescence of the detection reactions. Fluorescence kinetics were monitored using a monochromator with 485 nm excitation, 520 nm emission and readings every 5 minutes for up to 3 hours. No significant difference in sensitivity between different machines was found. Therefore, these machines were used interchangeably. Fluorescence values reported are background subtracted or template specific values. Time points reported are listed in the figure notes.

ZIKV検出では、最近の出版物に由来するcrRNA「ジカ標的crRNA2」(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017))を用いた。汎用DENV検出では、血清型に関わらず、3つのcrRNAおよびD1-3UTRat10660、D2/3-3UTrat10635、D4-3UTRat10620の同量混合物を用いた。フラビウイルスパネルでは、crRNAのZIKV-NS5at9227 (ZIKV)、DENV-NS5at9127 (DENV)、WNV-NS5at9243 (WNV)、およびYFV-NS5at9122 (YFV)を用いた。血清型を区別するDENVパネルでは、crRNAのD1-3UTRat10457 (DENV1)、D2-3UTRat10433 (DENV2)、D3-3UTRat10419(DENV3)、およびD4-3UTRat10366 (DENV4)を用いた。地域に特異的なジカSNP検出では、crRNAのDOMUSA-5249-祖先/DOMUSA-5249由来(DOMUSA5249 SNP),USA-935-祖先/USA-935由来(USA935 SNP)、およびHND-2788-祖先/HND-2788由来(HND2788 SNP)を用いた。小頭症に関連付けられたジカSNPの検出では、crRNAのZIKV-mcep-snp3syn5-祖先/ZIKV-mcep-snp3syn5由来(図112Fに示す設計)、およびcrRNAのZIKV-mcep-snp7-祖先/ZIKV-mcep-snp7由来(図105に示す設計)を用いた。HIV逆転写酵素の薬物耐性SNPの検出では、crRNAのHIVRT-K65R-祖先/HIVRT-K65R由来(K65R SNP)、HIVRT-K103N-祖先/HIVRT-K103N由来(K103N SNP)、HIVRT-V016M-祖先/HIVRT-V106M由来(V106M SNP)、HIVRT-Y181C-祖先/HIVRT-Y181C由来(Y181C SNP)、HIVRT-M184V-祖先/HIVRT-M184V由来(M184V SNP)、およびHIVRT-G190A-祖先/HIVRT-G190A由来(G190A SNP)を用いた。crRNA名およびスペーサー配列の完全なリストについては表29を参照のこと。crRNA配列と二次構造の活性に及ぼす効果についてのさらなる考察は「考察」を参照のこと。

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For ZIKV detection, we used the crRNA “Zika target crRNA2” from a recent publication (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)). Universal DENV detection used an equal mixture of three crRNAs and D1-3UTrat10660, D2/3-3UTrat10635, D4-3UTrat10620 regardless of serotype. The flavivirus panel used crRNAs ZIKV-NS5at9227 (ZIKV), DENV-NS5at9127 (DENV), WNV-NS5at9243 (WNV), and YFV-NS5at9122 (YFV). A serotype-discriminating DENV panel used crRNAs D1-3UTRat10457 (DENV1), D2-3UTrat10433 (DENV2), D3-3UTrat10419 (DENV3), and D4-3UTrat10366 (DENV4). For region-specific Zika SNP detection, crRNA DOMUSA-5249-ancestor/DOMUSA-5249-derived (DOMUSA5249 SNP), USA-935-ancestor/USA-935-derived (USA935 SNP), and HND-2788-ancestor/HND -2788 origin (HND2788 SNP) was used. For detection of the Zika SNP associated with microcephaly, crRNA ZIKV-mcep-snp3syn5-ancestor/ZIKV-mcep-snp3syn5-derived (design shown in FIG. 112F) and crRNA ZIKV-mcep-snp7-ancestor/ZIKV- The mcep-snp7-derived (design shown in Figure 105) was used. For the detection of drug resistance SNPs in HIV reverse transcriptase, crRNA HIVRT-K65R-ancestor/HIVRT-K65R-derived (K65R SNP), HIVRT-K103N-ancestor/HIVRT-K103N-derived (K103N SNP), HIVRT-V016M-ancestor/ HIVRT-V106M-derived (V106M SNP), HIVRT-Y181C-ancestor/HIVRT-Y181C-derived (Y181C SNP), HIVRT-M184V-ancestor/HIVRT-M184V-derived (M184V SNP), and HIVRT-G190A-ancestor/HIVRT-G190A-derived (G190A SNP) was used. See Table 29 for a complete list of crRNA names and spacer sequences. See Discussion for further discussion of the effect of crRNA sequence and secondary structure on activity.
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Figure 2023052052000062

側流検出反応。あつらえたプローブオリゴヌクレオチド(LF-ポリU、配列については表30を参照のこと)を用いて市販の検出ストリップ(Milenia Hybridetect 1, TwistDx、英国ケンブリッジ)により側流検出を達成した。Hybridetectアッセイ緩衝液でCas13検出反応液を1:5に希釈し、ストリップを浸して室温で5分間インキュベートした。次いで、ストリップを取り出して、スマートフォンのカメラを用いて撮影した。

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Sidestream detection reaction. Sidestream detection was achieved with commercially available detection strips (Milenia Hybridect 1, TwistDx, Cambridge, UK) using a custom probe oligonucleotide (LF-polyU, see Table 30 for sequence). The Cas13 detection reaction was diluted 1:5 in Hybridect assay buffer and the strips were submerged and incubated for 5 minutes at room temperature. The strip was then removed and photographed using a smart phone camera.
Figure 2023052052000063

RT-PCR実験。Lightcycler 96 RT-PCR装置(Roche)で製造者の仕様書に従って、AltonaRealStarジカウイルスRT-PCRキット(RUOバージョン)を用いてZIKV検出のRT-PCRを行った。患者試料から抽出した10μlのZIKV RNAをRT-PCRの入力として用いた。各試料に対して1μlの内部対照(IC)を用いた。 RT-PCR experiments. RT-PCR for ZIKV detection was performed using the AltonaRealStar Zika virus RT-PCR kit (RUO version) according to the manufacturer's specifications on a Lightcycler 96 RT-PCR machine (Roche). 10 μl of ZIKV RNA extracted from patient samples was used as input for RT-PCR. 1 μl of internal control (IC) was used for each sample.

データ分析。最少の蛍光が観察された0分後(図98、図99D、図102、図103)、10分後(図84、図99B~図99C、および図104)または20分後(図112)の蛍光値を減じることにより背景を減じた。フラビウイルスパネルとDENVパネルの両方で、背景ノイズを除去した蛍光度を標的に特異的な蛍光度に正規化した。標的に特異的な蛍光度は、各時点の所与のcrRNAを持つ所与のDNA標的の背景減算済み蛍光度から減じた同じcrRNAを持つ入力なし(水)対照の背景減算済み平均蛍光度である。 data analysis. After 0 minutes (FIGS. 98, 99D, 102, 103), 10 minutes (FIGS. 84, 99B-99C, and 104) or 20 minutes (FIG. 112) after minimal fluorescence was observed. Background was subtracted by subtracting fluorescence values. For both flavivirus and DENV panels, background-noise-removed fluorescence was normalized to target-specific fluorescence. Target-specific fluorescence is the background-subtracted mean fluorescence of no input (water) controls with the same crRNA subtracted from the background-subtracted fluorescence of a given DNA target with a given crRNA at each time point. be.

2015年~2016年の大流行に由来するZIKV試料の分析(図99B)から、閾値を用いてZIKVの有無を決定した。1提供者の健康なヒトの尿試料4個と入力なしの水対照1個という5つの陰性対照試料から背景ノイズを除去した蛍光度を用いてZIKV SHERLOCKの蛍光度閾値を決定した。つまり、これら5つの試料それぞれについて、本出願人らは、3つの技術的に同じ試料に亘って蛍光度の平均mおよび標準偏差σを取った。閾値は、5つの値の{m+3σ}の中心値と設定した。図1Cでは、1個の入力なし対照を用いて同じ計算{m+3σ}を行い、閾値を決定した。ゲノム組立体からの情報を用いて増幅産物PCR収率の閾値を決定した。まず、2つの増幅産物PCR供給原のそれぞれから最低濃度を取って各試料の増幅産物PCR収率を算出した(図87A)。次いで、目的は、ゲノムの特定の標的部分rが試料(この場合は、本出願人らがSHERLOCKで検出するRPA増幅産物)中に存在するか否かを最もよく予測する収率を決定することである。特定の標的部分rが試料s中に存在する確率Pr(r)、試料sのcDNAから配列して組み立てたZIKVゲノムの画分として見積もられてもよい(ゲノムに亘る確率の計算は、部分rでゲノムのカバレッジがあるか否かを単に調べるのが好ましい。カバレッジがないことが特定の標的部分rが存在しないことを必ずしも示していないからである)。この分析のデータは、ZIKV大流行の最近のゲノム配列決定研究に由来する個々の技術的に同じ試料に由来する(Metsky et al. Nature 546:411-415 (2017))。増幅産物PCR収率とカバーされたゲノムの画分のプロットを図88Bに示す。値Pr(r)を用いて、閾値の選択に対する精密度と呼び戻しを見積もってもよい。特に、特定の標的部分rを持たない試料の数の見積もりは、すべての試料のPr(r)の和である。同様に、増幅産物PCR収率が所定の閾値を超える試料Pのうち、rが存在するものとして正しく標識化された数を試料P中のPr(r)の和として見積もる。図87Cは、閾値の各選択に対する精密度と呼び戻し、およびF0.5スコアを示す。F0.5スコアは、ZIKVの標的部分を持つ試料を正確に分類する閾値の能力を考慮した複合測定基準値である。増幅産物PCR収率の閾値はF0.5スコアが最大になるように設定されている。増幅産物PCRおよび他の方法と比べたSHERLOCKの感度および特異性についてさらなる考察は「考察」を参照のこと。 From the analysis of ZIKV samples from the 2015-2016 outbreak (Figure 99B), a threshold was used to determine the presence or absence of ZIKV. Background-noise subtracted fluorescence from five negative control samples, four healthy human urine samples from one donor and one no-input water control, was used to determine the ZIKV SHERLOCK fluorescence threshold. That is, for each of these five samples, we took the mean m s and standard deviation σ s of fluorescence over three technically identical samples. The threshold was set as the center value of {m s +3σ s } of 5 values. In FIG. 1C, the same calculation {m s +3σ s } was performed with one no-input control to determine the threshold. Information from the genome assembly was used to determine a threshold amplicon PCR yield. First, the amplicon PCR yield for each sample was calculated by taking the lowest concentration from each of the two amplicon PCR sources (Figure 87A). The objective is then to determine the yield that best predicts whether a particular target portion r of the genome is present in the sample (in this case the RPA amplification product that we detect with SHERLOCK). is. The probability Pr s (r) that a particular target portion r is present in sample s may be estimated as the fraction of the ZIKV genome sequenced and assembled from the cDNA of sample s (the calculation of the probability across the genome is It is preferable to simply check whether there is genomic coverage at portion r, as lack of coverage does not necessarily indicate the absence of a particular target portion r). Data for this analysis are derived from individual technically identical samples from a recent genome sequencing study of the ZIKV outbreak (Metsky et al. Nature 546:411-415 (2017)). A plot of the amplification product PCR yield versus the fraction of genome covered is shown in FIG. 88B. The value Pr s (r) may be used to estimate accuracy and recall for threshold selection. In particular, an estimate of the number of samples without a particular target moiety r is the sum of Pr s (r) for all samples. Similarly, among the samples P whose amplification product PCR yield exceeds a predetermined threshold, the number of correctly labeled r as present is estimated as the sum of Pr s (r) in the samples P. FIG. 87C shows precision and recall for each choice of threshold and F 0.5 score. The F 0.5 score is a composite metric that considers the threshold ability to correctly classify samples with the target portion of ZIKV. The amplicon PCR yield threshold is set to maximize the F 0.5 score. See Discussion for further discussion of the sensitivity and specificity of SHERLOCK compared to amplicon PCR and other methods.

ZIKVアッセイを用いて上記のようにDENV SHERLOCKの蛍光閾値を算出した。8個の入力なし陰性対照から背景を減じた蛍光度を用いて閾値を決定した。これら8個のうちのそれぞれの入力なし対照sで本出願人らは、3つの技術的に同じ試料に亘って蛍光度の平均mおよび標準偏差σを取って、閾値を8個の値の{m+3σ}の中心値に設定した。 The ZIKV assay was used to calculate the fluorescence threshold of DENV SHERLOCK as described above. Thresholds were determined using background-subtracted fluorescence from eight no-input negative controls. For each of these 8 no-input controls s, we took the mean m s and standard deviation σ s of the fluorescence intensity across the 3 technically identical samples and set the threshold to 8 values was set to the center value of {m s +3σ s } of .

多ウイルスまたは血清型パネルでは、パネルの他のcrRNAに対して各標的の非標的蛍光度を算出した。これは、検出の3時間後の時点で(最大蛍光が観察された、あるいは信号が飽和した時)対応する標的:crRNA対で観察された標的に特異的な蛍光度に対する非一致型標的:crRNA対の標的に特異的な蛍光度の百分率を計算することで行った。文献で報告された非標的蛍光度は、所与のパネルの4つの標的について観察された最大のものであった。 For multivirus or serotype panels, the non-target fluorescence of each target was calculated relative to the other crRNAs in the panel. This compares the observed target-specific fluorescence intensity with the corresponding target:crRNA pairs at 3 hours post-detection (when maximal fluorescence was observed, or when the signal was saturated). This was done by calculating the percentage of fluorescence specific to the paired targets. Non-target fluorescence reported in the literature was the largest observed for the four targets in a given panel.

SNPの同定では、祖先標的crRNAおよび由来標的crRNAを用いて背景ノイズを除去した蛍光度の値を算出した。本発明者らは、祖先の背景を減じた蛍光度に対する由来の背景を減じた蛍光度の比を取ってSNPの有無を決定した。HIV SNP(図106)に対してSNP同定指標を算出した。この指標は由来アレルの蛍光度の比を祖先アレルの蛍光度の比で除した比である。SNP同定指標は、2つのアレル間に特徴的な力がなければ1に等しく、2つのアレルの蛍光度の比が異なるほど高くなる。SHERLOCKを用いて個々のSNPの区別しやすさに影響を及ぼす因子についてさらなる考察は、「考察」を参照のこと。 For SNP identification, background-noise-removed fluorescence values were calculated using ancestral target crRNA and derived target crRNA. We determined the presence or absence of SNPs by taking the ratio of ancestral background-subtracted fluorescence to ancestral background-subtracted fluorescence. A SNP identification index was calculated for the HIV SNPs (Figure 106). This index is a ratio obtained by dividing the fluorescence intensity ratio of the origin allele by the fluorescence intensity ratio of the ancestral allele. The SNP identification index is equal to 1 if there is no characteristic force between the two alleles, and is higher when the ratio of fluorescence intensities of the two alleles is different. See "Discussion" for further discussion of factors that affect the distinguishability of individual SNPs using SHERLOCK.

ZIKVおよびDENVの検出実験。PE243(MF352141.1)種保存液のcDNA を保存液濃度6.8×10cp/μlで用いた。cDNAを超純水(Life Technologies)または健康な尿(Lee Biosolutions)で1:10に連続希釈した。4~8μlの各試料を不活性化し、1~2μlをRPA反応の入力として用いた。PE243種保存液のRNAを2.72×10cp/μlで用いた。このウイルスは元々、2015年5月13日に発疹を持った熱病患者から単離されたものであり、2016年にブラジルのFIOCRUZ Pernambuco研究所(E. Marques)およびMIT Gehrke研究所でベロ細胞継代が行われた。PE243はブラジルのジカ大流行由来に由来する最初の単離物の1つである(Donald et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 10, e0005048 (2016)。RNAを超純水(Life Technologies)または 健康な尿(Lee Biosolutions)で1:10に連続希釈した。4~8μlの各試料を不活性化し、1~2μlをRPA反応の入力として用いた。DENV検出に14mMのMgAc、ZIKV検出に17mMのMgAcを用いた。 ZIKV and DENV detection experiments. PE243 (MF352141.1) seed stock cDNA was used at a stock concentration of 6.8×10 4 cp/μl. cDNA was serially diluted 1:10 in ultrapure water (Life Technologies) or healthy urine (Lee Biosolutions). 4-8 μl of each sample was inactivated and 1-2 μl was used as input for the RPA reaction. RNA from PE243 seed stock was used at 2.72×10 5 cp/μl. The virus was originally isolated from a febrile patient with a rash on May 13, 2015, and was tested in Vero cells at the FIOCRUZ Pernambuco Institute (E. Marques) in Brazil and the MIT Gehrke Institute in 2016. generation has taken place. PE243 is one of the first isolates from the Zika outbreak in Brazil (Donald et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 10, e0005048 (2016). Serially diluted 1:10 in healthy urine (Lee Biosolutions) 4-8 μl of each sample was inactivated and 1-2 μl was used as input for RPA reactions 14 mM MgAc for DENV detection, 17 mM for ZIKV detection of MgAc was used.

プエルトリコ由来の培養単離物ZIKV株PRVABC59(KU501215)(Donald et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 10, e0005048 (2016); Lanciotti et al. Emerg. Infect. Dis. 22:933-935 (2016)) を米国BEI repositoryからcat number ATCC VR-1843としてを得て、ウイルスを健康な尿、唾液、全血、および血清試料に加えるのに用いられた。PRVABC59を昆虫および非ヒト霊長類細胞株で培養した、上記のようにウイルス保存液中で感染性粒子を駆動するためHuH-7ヒトヘパトーマ細胞を用いた(Lambeth et al. J. Clin. Microbiol. 43:3267-3272 (2005)。ウイルスを健康な唾液(Lee Biosolutions)、全血(Research Blood Components)、および血清(Millipore Sigma)で希釈するため、培養単離物DENV2株New Guinea C (NGC)を用いた。 Culture isolate ZIKV strain PRVABC59 (KU501215) from Puerto Rico (Donald et al. PLoS Negl. Trop. Dis. 10, e0005048 (2016); Lanciotti et al. Emerg. Infect. Dis. 22:933-935 (2016) ) was obtained from the US BEI repository as cat number ATCC VR-1843 and was used to spike virus into healthy urine, saliva, whole blood, and serum samples. PRVABC59 was cultured in insect and non-human primate cell lines, and HuH-7 human hepatoma cells were used to drive infectious particles in virus stocks as described above (Lambeth et al. J. Clin. Microbiol. 43 :3267-3272 (2005).To dilute the virus in healthy saliva (Lee Biosolutions), whole blood (Research Blood Components), and serum (Millipore Sigma), culture isolate DENV2 strain New Guinea C (NGC) was used. Using.

ウイルスパネルの実験。フラビウイルスファミリー(ZIKV、DENV、WNV、およびYFV)の4つの異なるウイルスの配列多様性を説明するため、本発明者らは、CATCH法(Compact Aggregation of Targets for Comprehensive Hybridization、包括的ハイブリダイゼーションのための標的の小型凝集)汎用フラビウイルスRPAプライマー対に好適な保存された領域を検索するのに適用した。この方法の実施はMITライセンス下のGitHubで入手可能である(https://github.com/broadinstitute/catch)。この方法により、本発明者らは、NS5の保存された領域内でプライマー対の検索を絞ることができた。 Virus panel experiments. To account for the sequence diversity of four different viruses of the flavivirus family (ZIKV, DENV, WNV, and YFV), we used the CATCH method (Compact Aggregation of Targets for Comprehensive Hybridization). target small agglutination) was applied to search for conserved regions suitable for the universal flavivirus RPA primer pair. An implementation of this method is available on GitHub under the MIT license (https://github.com/broadinstitute/catch). This method allowed us to narrow our search for primer pairs within the conserved regions of NS5.

フラビウイルスパネルおよびDENVパネルの最初の試験では、合成により生成させたDNA鋳型を入力として濃度の10コピー/μlで用いた。試験したcrRNAのそれぞれに対して入力なし(水)対照を陰性対照として用いた。すべてのパネル実験で3つの技術的に同じ試料を用いた。すべてのフラビウイルスパネル実験で、RPA反応液のMgAc濃度は20mMであり、すべてのDENVパネル実験でRPA反応液のMgAc濃度は14mMであった。 Initial testing of the flavivirus and DENV panels used synthetically generated DNA templates as input at a concentration of 10 4 copies/μl. No input (water) controls were used as negative controls for each of the crRNAs tested. Three technically identical samples were used in all panel experiments. For all flavivirus panel experiments, the MgAc concentration of the RPA reactions was 20 mM, and for all DENV panel experiments, the MgAc concentration of the RPA reactions was 14 mM.

フラビウイルスパネルの最初の試験で(KX197192)、DENV(NC_001477.1)、WNV(NC_09942.1)、およびYFV(AY968065.1)からZIKV鋳型配列を生成させた。これらフラビウイルスに対してRPA反応により一部のNS5を増幅する。 Initial testing of the flavivirus panel generated ZIKV template sequences from (KX197192), DENV (NC_001477.1), WNV (NC_09942.1), and YFV (AY968065.1). A part of NS5 is amplified by RPA reaction against these flaviviruses.

DENVパネルの最初の試験では(KM204119.1)、DENV2(KM204118.1)、DENV3(KU050695.1)、DENV4(JQ822247.1)からDENV1合成鋳型配列を生成させた。RPA反応により、DENV1~4の3’非翻訳領域の一部を増幅する。このDENVパネルは、臨床試料および種保存液から抽出したRNAに対して追加で試験された。 Initial testing of the DENV panel generated DENV1 synthetic template sequences from (KM204119.1), DENV2 (KM204118.1), DENV3 (KU050695.1), DENV4 (JQ822247.1). A portion of the 3' untranslated region of DENV1-4 is amplified by the RPA reaction. This DENV panel was additionally tested against RNA extracted from clinical samples and seed stocks.

SNP同定試験。地域に特異的なSNPの同定は、祖先または由来アレルを持つZIKVゲノムの400nt断片を含む合成鋳型を用いてSNP同定アッセイの性能を立証した。また、3つの国(米国、ホンジュラス、およびドミニカ共和国)由来のZIKV cDNA試料を用いて蚊の供給原および臨床試料に対する性能を確認した。これらcDNA試料に関するさらなる情報は表24を参照のこと。PE243種保存液のcDNA(KX197192.1)を300cp/μlで外集団対照として用いた。また、入力なし(水)対照を用いた。小頭症に関連付けられたSNP同定実験では、祖先アレルまたは由来アレルを持つZIKVゲノムの400nt断片を含む合成鋳型を10cp/μlで用いて、PE243種保存液のcDNAを300cp/μlで用いた。HIV薬物耐性SNP同定実験では、祖先アレルまたは由来アレルを持つHIVゲノムの468nt断片を含む合成鋳型を10cp/μlで用いた。合成鋳型の名前および配列の完全なリストは表30を参照のこと。すべてのSNP同定実験で3つの技術的に同じ試料を用いた。

考察
SNP identification test. Identification of region-specific SNPs validated the performance of the SNP identification assay using a synthetic template containing a 400nt fragment of the ZIKV genome with ancestral or derived alleles. ZIKV cDNA samples from three countries (USA, Honduras, and Dominican Republic) were also used to confirm performance against mosquito sources and clinical samples. See Table 24 for additional information regarding these cDNA samples. The PE243 seed stock cDNA (KX197192.1) was used as an outgroup control at 300 cp/μl. A no input (water) control was also used. In SNP identification experiments associated with microcephaly, a synthetic template containing a 400 nt fragment of the ZIKV genome with an ancestral or derived allele was used at 10 4 cp/μl and cDNA from PE243 seed stock was used at 300 cp/μl. board. For HIV drug resistance SNP identification experiments, synthetic templates containing 468 nt fragments of the HIV genome with ancestral or derived alleles were used at 10 4 cp/μl. See Table 30 for a complete list of synthetic template names and sequences. Three technically identical samples were used in all SNP identification experiments.

consideration

ZIKV検出でのSHERLOCKの感度および特異性の考察。本発明者らは、SHERLOCKが非常に高感度で特異的な核酸検出法であることを示した。ZIKV検出はSHERLOCKの感度についての主要な試験であった。というのは、主に、ZIKVの検出は低いウイルス力価と試料の分解により大変困難であるからである(Paz-Bailey et al. N. Engl. J. Med. Doi:10.1056NEJMoa1613108 (2017))。本発明者らは、2015年~16年のZIKV大流行に由来する1組の試料(37個の陽性と疑われる患者の試料と3個の蚊の供給原)をSHERLOCKおよび増幅産物PCRの両方で試験して、所与の試料中でZIKV核酸の有無を決定した。これら患者に由来する16個の試料について本発明者らはSHERLOCKを1)Hologic Aptima ZIKVアッセイおよび2)AltonaRealStarジカウイルスRT-PCRアッセイの2つのFDA-EUA-承認ZIKV診断法と比較した。 Discussion of the sensitivity and specificity of SHERLOCK in ZIKV detection. The inventors have shown that SHERLOCK is a highly sensitive and specific nucleic acid detection method. ZIKV detection was the primary test for the sensitivity of SHERLOCK. Mainly because detection of ZIKV is very difficult due to low viral titers and sample degradation (Paz-Bailey et al. N. Engl. J. Med. Doi:10.1056NEJMoa1613108 (2017)). . We tested a set of samples (37 suspected positive patient samples and 3 mosquito sources) from the 2015-16 ZIKV outbreak by both SHERLOCK and amplification product PCR. to determine the presence or absence of ZIKV nucleic acid in a given sample. On 16 samples from these patients we compared SHERLOCK to two FDA-EUA-approved ZIKV diagnostics: 1) Hologic Aptima ZIKV assay and 2) AltonaRealStar Zika virus RT-PCR assay.

SHERLOCKとAltonaRealStarジカウイルスRT-PCRアッセイを比較するため、本発明者らは、1組の16個の患者試料について両方のアッセイを比較した。逆転写条件および入力容積(20分の逆転写および10μlの入力)を同じになるようにして2つのアッセイを行った。逆転写反応条件によりcDNAをRNA入力から1:4で希釈する。従って、本発明者らがSHERLOCKに用いるRNAの量はAltonaキットで用いる量の1/4である。本発明者らは、これら2つの方法が同程度の感度であることを観察した。16個の試料のうちの10個はそれぞれの方法で陽性であり、全体の一致率は100%であった(図99Cおよび図100)。 To compare the SHERLOCK and AltonaRealStar Zika virus RT-PCR assays, we compared both assays on a set of 16 patient samples. Two assays were performed with identical reverse transcription conditions and input volumes (20 min reverse transcription and 10 μl input). Reverse transcription reaction conditions dilute cDNA 1:4 from RNA input. Therefore, the amount of RNA we use for SHERLOCK is ¼ of the amount used in the Altona kit. We observed that these two methods are equally sensitive. Ten of the 16 samples were positive by each method, with an overall concordance of 100% (Fig. 99C and Fig. 100).

次いで、本発明者らはSHERLOCKおよびAltonaアッセイをHologic Aptimaジカウイルスアッセイと比較した。Hologic Aptimaジカウイルスアッセイはより多くの入力容積(500μl超)を用いる。AltonaアッセイおよびSHERLOCKの両方で陽性となった10個の試料すべてはHologicアッセイで陽性であった(表25)。3つの試料はHologicアッセイで陽性であったが、他の2つのアッセイでは陽性ではなかった。これはHologicアッセイの試料の入力容積が50倍超大きいためであると思われる。つまり、SHERLOCKは、ZIKV検出ではRT-PCRアッセイと同等の感度を持ち、Hologicアッセイに対するその感度は入力容積に限定されている。 We then compared the SHERLOCK and Altona assays to the Hologic Aptima Zika virus assay. The Hologic Aptima Zika virus assay uses a larger input volume (greater than 500 μl). All 10 samples that tested positive in both the Altona assay and SHERLOCK were positive in the Hologic assay (Table 25). Three samples were positive in the Hologic assay, but not in the other two assays. This is likely due to the sample input volume of the Hologic assay being more than 50 times larger. Thus, SHERLOCK is as sensitive as the RT-PCR assay for ZIKV detection, and its sensitivity for the Hologic assay is limited to the input volume.

増幅産物PCRデータを含むことの論拠は、部分的ゲノムが非常に一般的であったZIKV大流行時に広いスケールでのゲノム配列決定を行った際の本発明者らの観察に基づいたものである(Metsky et al. Nature 546:411-415 (2017))。これは、ゲノム全体での比較基準が単一増幅産物法(例えばRT-PCR)よりも高い感度を提供することを示唆している。増幅産物PCR法では、本発明者らは、Agilent tapestationを用いて増幅産物PCR生成物を定量し、ZIKVの有無を決定するために2ng/μlの閾値を選択した。この閾値は、増幅産物PCR生成物のゲノム配列カバレッジによって測定されるように精度を最大にする(図100、詳細は「方法」を参照のこと)。これら2つの方法が標的するZIKVゲノムの領域が異なっているにもかかわらず、両者は高い一致率(82.5%)を示した(図84Cおよび図88A~図88C)。増幅産物PCR法はZIKVゲノム全体をタイル積みするが、SHERLOCKは、300~400ntのPCR増幅産物よりも短い128ntの長さで1つの増幅産物のみを用いる(図101)。従って、非常に分解された試料(短いRNA断片を持つ)は、増幅産物PCRよりもSHERLOCKによってより容易に検出される可能性がある。逆にSHERLOCK増幅産物自体は分解しているがゲノムの他の部分はそうではない場合、増幅産物PCRは試料中に存在するゲノムの残りの部分を検出する。 The rationale for including amplicon PCR data was based on our observations when performing broad-scale genome sequencing during the ZIKV outbreak, when partial genomes were very common. (Metsky et al. Nature 546:411-415 (2017)). This suggests that the genome-wide comparison standard offers greater sensitivity than single amplicon methods (eg RT-PCR). For the amplicon PCR method, we quantified the amplificate PCR products using an Agilent tapestation and chose a threshold of 2 ng/μl to determine the presence or absence of ZIKV. This threshold maximizes accuracy as measured by the genomic sequence coverage of the amplicon PCR products (Fig. 100, see Methods for details). Despite the different regions of the ZIKV genome targeted by these two methods, both showed high concordance (82.5%) (Fig. 84C and Figs. 88A-88C). The amplicon PCR method tiles the entire ZIKV genome, but SHERLOCK uses only one amplicon with a length of 128 nt, which is shorter than the 300-400 nt PCR amplicon (Fig. 101). Therefore, highly degraded samples (with short RNA fragments) may be detected more easily by SHERLOCK than by amplicon PCR. Conversely, if the SHERLOCK amplicon itself is degraded but not the rest of the genome, amplicon PCR will detect the remaining portion of the genome present in the sample.

SHERLOCKのこの感度を高い特異性と組み合わせる。本発明者らは、様々なSHERLOCKアッセイを用いてSNP感度、血清型同定、および種レベルの特異性を示した。また、本発明者らは、健康な体液、水、場合によっては他のウイルス由来の核酸を含む多くの陰性対照を試験した。これらの結果に基づき、本発明者らは、SHERLOCKを用いると多くの偽陽性(もしあっても)を観察しないことを期待する。 This sensitivity of SHERLOCK is combined with high specificity. We have demonstrated SNP sensitivity, serotyping, and species-level specificity using various SHERLOCK assays. We also tested a number of negative controls, including healthy body fluids, water, and possibly nucleic acids from other viruses. Based on these results, we do not expect to observe many false positives (if any) with SHERLOCK.

SHERLOCK性能の変動性の原因。SHERLOCKのオリジナル論文の補足で論じたように、RPA性能は非常に変動し、鋳型配列、増幅産物の長さ、および他の因子に依存する(Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017))。Cas13検出工程は、RPA増幅産物の入力濃度により蛍光信号を100倍~1,000倍超に増幅する。その結果、多様性が非常に大きくなければ、SHERLOCKはRPA増幅またはCas13検出の何れかにおいて多様性に対してかなり強固である。 Sources of variability in SHERLOCK performance. As discussed in the SHERLOCK original paper supplement, RPA performance is highly variable and dependent on template sequence, amplicon length, and other factors (Gootenberg et al. Science 356:438-442 (2017)). ). The Cas13 detection step amplifies the fluorescence signal from 100-fold to over 1,000-fold depending on the input concentration of the RPA amplification product. As a result, unless the diversity is very large, SHERLOCK is fairly robust to diversity in either RPA amplification or Casl3 detection.

多ウイルスおよび多血清型パネルを設計するため、本発明者らは、縮重したRPAプライマーを用いて、関係するRNAウイルスの顕著な配列多様性を捉えた。場合によっては、プライマーの縮重は、異なる標的について増幅効率を変動させ得る。一般に、これはRPA反応を最適化する(プライマーおよびマグネシウム濃度を調節するなど)ことで管理することができる。 To design a multiviral and multiserotype panel, we used degenerate RPA primers to capture the remarkable sequence diversity of the RNA viruses of interest. In some cases, primer degeneracy can vary amplification efficiency for different targets. Generally, this can be managed by optimizing the RPA reaction (such as adjusting primer and magnesium concentrations).

本発明者らは、RPA多様性に加えて、スペーサーのGC含有量、ポリUのストレッチ、および二次構造のcrRNA性能に及ぼす効果によるSHERLOCKのCas13検出工程のいくつかの多様性を観察した。crRNAによっては他のものよりも活性が高く、crRNAによっては、標的の非存在でより活性を示す(すなわち、入力なし対照)。本発明者らはまた、crRNAによっては、生体外転写後の他のcrRNAよりも純度が低いことを観察した。しかしながら、精製後、ほとんどすべてのcrRNAは活性が高くなる(スペーサーの大部分が自身と対をなし得る場合など、スペーサーの望ましくない二次構造による少数の例外がある)。 In addition to RPA diversity, we observed some diversity in the Cas13 detection step of SHERLOCK due to the effects of spacer GC content, poly-U stretches, and secondary structure on crRNA performance. Some crRNAs are more active than others, and some crRNAs are more active in the absence of target (ie, no input control). We also observed that some crRNAs were less pure than others after in vitro transcription. However, after purification, almost all crRNAs become highly active (with a few exceptions due to undesirable secondary structure of the spacer, such as when most of the spacer can pair with itself).

フラビウイルスパネルでZIKVの蛍光度が低いのは(図84B)上記の因子の組合せによる場合がある(本研究に用いた他のcrRNAでも同様である)。 The low fluorescence of ZIKV in the flavivirus panel (Fig. 84B) may be due to a combination of the above factors (as well as other crRNAs used in this study).

SHERLOCKによるSNP識別に影響を及ぼす因子。異なるスペーサーRNA配列はSHERLOCKの検出工程で異なるレベルの性能を持つことが観察された。これらの性能の違いに繋がる要因が論じられたが、またSNP検出に関係する含意がある。 Factors affecting SNP discrimination by SHERLOCK. Different spacer RNA sequences were observed to have different levels of performance in the SHERLOCK detection step. Although the factors leading to these performance differences have been discussed, there are also implications related to SNP detection.

SNP検出は、1つまたは2つのヌクレオチドで標的配列と異なっており、従って配列依存性の標的分子に対して異なる活性を持つ1対のcrRNAに依存している。crRNAと標的RNAとの2番目の不一致の存在が副次切断で観察され得る違いに繋がる場合、SNP識別はうまくいく。従って、以下はSNP識別の成功を限定することがある。
●活性の高いcrRNAでの1つのさらなる不一致は、強力な識別に対して十分に活性を低下させない場合があり、いくつかのcrRNAで観察された。可能性のある解決としては、1)検出反応液に加える前にRPA生成物を希釈すること、あるいは2)低いcrRNA濃度を用いることが挙げられる。
●(鋳型の二次構造の変化により)RPA時に1つのアレルが他のアレルよりも優先的に増幅される場合、これはSHERLOCKの出力を偏らせる場合がある。本発明者らはこれを観察していないが、可能性がある。
●RNAの不安定な対合により、crRNAによっては、ワトソン・クリック型塩基対合の非存在下で弱く結合することがある。これは、本発明者らのA>GまたはG>A変異のいくつかで観察された(例えば、USA935)。crRNAの「U」は由来または祖先ヌクレオチドの何れとも結合することができる。しかしながら、このシナリオでも2つのアレルを区別するのは容易である。というのは、G標的crRNAは、Aと対合しないCヌクレオチドを含んでいるからである。
SNP detection relies on a pair of crRNAs that differ from the target sequence by one or two nucleotides and thus have different activities towards the target molecule in a sequence-dependent manner. SNP discrimination is successful when the presence of a second mismatch between crRNA and target RNA leads to observable differences in secondary cleavage. Therefore, the following may limit the success of SNP identification.
• One additional discrepancy in highly active crRNAs, which may not reduce activity sufficiently for strong discrimination, was observed with several crRNAs. Possible solutions include 1) diluting the RPA product before adding it to the detection reaction or 2) using low crRNA concentrations.
• If one allele is preferentially amplified over other alleles during RPA (due to changes in template secondary structure), this may bias the output of SHERLOCK. The inventors have not observed this, but it is a possibility.
• Due to labile pairing of RNA, some crRNAs may bind weakly in the absence of Watson-Crick base pairing. This was observed with some of our A>G or G>A mutations (eg USA935). The "U" of crRNA can be attached to either the original or ancestral nucleotide. However, even in this scenario it is easy to distinguish between the two alleles. This is because the G-targeted crRNA contains a C nucleotide that does not pair with A.

これらの限定を考慮すると、低い活性を持つcrRNA(スペーサーを短くすることで達成することができる)がSNP検出により適しており、不安定な塩基対合はSHERLOCKの信号に効果を及ぼす場合があるが、完全にはSNPの同定を無効にしない。
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Given these limitations, crRNAs with low activity (which can be achieved by shortening the spacer) are more suitable for SNP detection, and unstable base pairing may affect the signal of SHERLOCK. but does not completely invalidate SNP identification.
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本発明の範囲および精神を逸脱することなく本発明の上記方法、医薬組成物、およびキットの様々な修正および変形が当業者に自明である。本発明は特定の実施形態に関連して記載されたが、自明であるようにさらなる修正が可能であり、主張されるように本発明はそのような特定の実施形態に不当に限定されるものではない。実際、当業者には自明である本発明を実行するための上記の態様の様々な修正は、本発明の範囲内にあることが意図される。本願は、一般に、本発明の原則に従って、任意の多様性、使用、または本発明の適応を包含することを意図し、本発明が関連する当該分野で既知の慣例的な実践の範囲内であり、本明細書で上に述べた主要な特徴に適用し得る本開示からのそのような逸脱を含む。 Various modifications and variations of the above-described methods, pharmaceutical compositions, and kits of this invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this invention. Although the invention has been described in connection with specific embodiments, it is obvious that further modifications are possible and that the invention is unduly limited to such specific embodiments as claimed. isn't it. Indeed, various modifications of the above-described modes for carrying out the invention which are obvious to those skilled in the art are intended to be within the scope of the present invention. This application is generally intended to cover any variations, uses, or adaptations of the invention in accordance with its principles and within common practice known in the art to which the invention pertains. , including such departures from the present disclosure applicable to the principal features set forth herein above.

Claims (44)

エフェクタータンパク質、および対応する標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系;および
RNA系マスキング構築物を含み、
前記標的分子は1種以上のウイルス標的分子を含む、核酸検出システム。
a CRISPR system comprising an effector protein and one or more guide RNAs designed to bind to the corresponding target molecule; and an RNA-based masking construct,
A nucleic acid detection system, wherein said target molecule comprises one or more viral target molecules.
エフェクタータンパク質、およびトリガーRNAに結合するように設計された1種以上のガイドRNAを含むCRISPR系;
RNA系マスキング構築物;および
マスクされたRNAポリメラーゼプロモーター結合部位またはマスクされたプライマー結合部位を含む1種以上の検出アプタマーを含む、ポリペプチド検出システム。
a CRISPR system comprising an effector protein and one or more guide RNAs designed to bind to the trigger RNA;
A polypeptide detection system comprising an RNA-based masking construct; and one or more detection aptamers comprising a masked RNA polymerase promoter binding site or a masked primer binding site.
試料中のウイルスを検出する方法であって、
請求項1または2のCRISPR系を含む1つ以上の個別の容積に1つの試料または1組の試料を分配すること;
前記1種以上のガイドRNAが前記1種以上の標的分子に結合することができる十分な条件で前記試料または前記1組の試料をインキュベートすること;
前記1種以上のガイドRNAの前記1種以上の標的分子への結合により前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させること(ここで、前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるように前記RNA系マスキング構築物が修飾される);および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は前記試料中に1種以上のウイルスが存在することを示す)を含む、方法。
A method of detecting a virus in a sample, comprising:
dispensing a sample or set of samples into one or more discrete volumes containing the CRISPR system of claim 1 or 2;
incubating the sample or set of samples under conditions sufficient to allow the one or more guide RNAs to bind to the one or more target molecules;
activating said CRISPR effector protein by binding said one or more guide RNAs to said one or more target molecules, wherein activation of said CRISPR effector protein produces a detectable positive signal; said RNA-based masking construct is modified such that said virus is present in said sample; and detecting said detectable positive signal, wherein detecting said detectable positive signal is the presence of one or more viruses in said sample method).
前記試料は2種類以上のウイルスを含み、前記方法は前記2種類以上のウイルスを区別する、請求項3に記載の方法。 4. The method of claim 3, wherein said sample comprises two or more viruses and said method distinguishes between said two or more viruses. 前記ガイドRNAは前記1種以上のウイルスの一塩基多様体を検出する、請求項3または4に記載の方法。 5. The method of claim 3 or 4, wherein said guide RNA detects single nucleotide variants of said one or more viruses. 前記ガイドRNAは1つ以上の合成による不一致をさらに含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein said guide RNA further comprises one or more synthetic mismatches. 前記1つ以上のCRISPR系のガイドRNAは、それぞれ1組のウイルス中のウイルスおよび/またはウイルス株を検出する汎用ウイルスガイドRNAの組を含む、請求項3~5の何れか一項に記載に記載の方法。 6. The method according to any one of claims 3 to 5, wherein the one or more CRISPR-based guide RNAs each comprise a set of universal viral guide RNAs that detect viruses and/or virus strains in a set of viruses. described method. 前記ガイドRNAは集合被覆法を用いて生成される、請求項7に記載の方法。 8. The method of claim 7, wherein said guide RNA is generated using a population coverage method. ウイルスを検出する方法であって、
請求項1または2の何れか一項に記載のCRISPR系を試料に曝すこと;
前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上の微生物に特異的な標的RNAまたは1種以上のトリガーRNAに結合させることで検出可能な陽性信号が生成されるようにRNAエフェクタータンパク質を活性化すること;および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は前記試料中に1種以上のウイルスが存在することを示す)を含む、方法。
A method of detecting a virus, comprising:
exposing the CRISPR system of any one of claims 1 or 2 to a sample;
activating an RNA effector protein such that binding of said one or more guide RNAs to said one or more microorganism-specific target RNAs or one or more trigger RNAs produces a detectable positive signal; and detecting said detectable positive signal, wherein detection of said detectable positive signal indicates the presence of one or more viruses in said sample.
前記CRISPR系は基質の表面にあり、前記基質は前記試料に曝されている、請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein the CRISPR system is on the surface of a substrate and the substrate is exposed to the sample. 同じまたは異なるCRISPR系が前記基質の複数の個別の位置に塗布される、請求項10に記載の方法。 11. The method of claim 10, wherein the same or different CRISPR systems are applied to multiple discrete locations on the substrate. 同じまたは異なるCRISPR系が前記基質の複数の個別の位置に塗布される、請求項11に記載の方法。 12. The method of claim 11, wherein the same or different CRISPR systems are applied to multiple discrete locations on the substrate. 前記基質は柔軟性材料の基質である、請求項10~12の何れかに記載の方法。 A method according to any of claims 10-12, wherein said substrate is a substrate of flexible material. 前記柔軟性材料の基質は、紙の基質、布の基質、または柔軟性重合体の基質である、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the flexible material substrate is a paper substrate, a cloth substrate, or a flexible polymer substrate. 前記異なるCRISPR系はそれぞれの位置で異なる微生物を検出する、請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the different CRISPR systems detect different microorganisms at respective locations. 前記基質は、採取する流体に前記基質を一時的に浸す、試験する流体を前記基質に塗布する、あるいは試験する表面を前記基質と接触させることにより受動的に前記試料に曝される、請求項13に記載の方法。 4. The substrate is passively exposed to the sample by temporarily immersing the substrate in a fluid to be collected, applying a fluid to be tested to the substrate, or contacting a surface to be tested with the substrate. 13. The method according to 13. 前記試料は生体試料または環境試料である、請求項16に記載の方法。 17. The method of claim 16, wherein said sample is a biological or environmental sample. 前記環境試料は、食品試料、飲料試料、紙の表面、布の表面、金属の表面、木材の表面、プラスチックの表面、土壌試料、淡水試料、排水試料、生理食塩水試料、大気または他の気体試料に曝したもの、またはそれらの組合せから得られる、請求項17に記載の方法。 Said environmental samples include food samples, beverage samples, paper surfaces, cloth surfaces, metal surfaces, wood surfaces, plastic surfaces, soil samples, fresh water samples, waste water samples, saline samples, air or other gases. 18. The method of claim 17 obtained from sample exposure, or a combination thereof. 前記生体試料は、組織試料、唾液、血液、血漿、血清、糞便、尿、唾液、粘液、リンパ液、滑液、脳脊髄液、腹水、胸水、血清腫、膿、あるいは皮膚または粘膜表面の拭い液から得られる、請求項17に記載の方法。 The biological sample may be a tissue sample, saliva, blood, plasma, serum, feces, urine, saliva, mucus, lymph, synovial fluid, cerebrospinal fluid, ascites, pleural effusion, seroma, pus, or swab of skin or mucosal surface. 18. The method of claim 17, obtained from 前記環境試料または生体試料は生の試料であり、かつ/または前記1つ以上の標的分子は前記方法を適用する前に前記試料から精製または増幅されていない、請求項17~19の何れか一項に記載に記載の方法。 20. Any one of claims 17-19, wherein said environmental or biological sample is a raw sample and/or said one or more target molecules have not been purified or amplified from said sample prior to applying said method. The method described in the section. ウイルス性疾患の大流行および/または進行を監視する方法であって、
請求項1または2のCRISPR系を試料に曝すこと;
検出可能な陽性信号が生成されるように非同義ウイルス変異を含む前記1つ以上の標的配列に前記1種以上のガイドRNAを結合させることによりRNAエフェクタータンパク質を活性化させること;および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は、前記試料中に存在するウイルス株の種類を示す)を含む、方法。
A method of monitoring viral disease outbreaks and/or progression, comprising:
exposing the CRISPR system of claim 1 or 2 to a sample;
activating RNA effector proteins by binding said one or more guide RNAs to said one or more target sequences containing non-synonymous viral mutations such that a detectable positive signal is produced; and said detectable detecting a positive signal, wherein detection of said detectable positive signal is indicative of the type of virus strain present in said sample.
前記CRISPR系を曝すことは、1種以上のCRISPR系を1つ以上の個別の容積内に配置すること、および試料または試料の一部を前記1つ以上の個別の容積に加えることを含む、請求項21に記載の方法。 exposing the CRISPR system comprises placing one or more CRISPR systems in one or more discrete volumes and adding a sample or portion of a sample to the one or more discrete volumes; 22. The method of claim 21. ウイルス抗原および/またはウイルスに特異的な抗体について試料を選別する方法であって、
請求項2のCRISPR系を試料に曝すこと(ここで、前記1種以上のアプタマーは1種以上のウイルス抗原または1種以上のウイルスに特異的な抗体に結合し、前記アプタマーは、前記1種以上のアプタマーが結合する前記1種以上のウイルス抗原または1種以上のウイルスに特異的な抗体を同定するバーコードをコードし、前記ガイドRNAは前記バーコードを検出するように設計されている);
前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上の微生物に特異的な標的RNAまたは1種以上のトリガーRNAに結合させることで検出可能な陽性信号が生成されるように前記RNAエフェクタータンパク質を活性化すること;および
前記検出可能な陽性信号を検出すること(ここで、前記検出可能な陽性信号の検出は、前記試料中に1種以上のウイルス抗原または1種以上のウイルスに特異的な抗体が存在することを示す)を含む、方法。
A method of screening a sample for viral antigens and/or virus-specific antibodies, comprising:
exposing the CRISPR system of claim 2 to a sample, wherein said one or more aptamers bind to one or more viral antigens or one or more virus-specific antibodies, and wherein said aptamers bind to said one or more encodes a barcode that identifies the one or more viral antigens or one or more virus-specific antibodies to which the above aptamers bind, and the guide RNA is designed to detect the barcode) ;
binding of said one or more guide RNAs to said one or more microorganism-specific target RNAs or one or more trigger RNAs activates said RNA effector proteins such that a detectable positive signal is produced; and detecting said detectable positive signal, wherein said detectable positive signal comprises one or more viral antigens or one or more virus-specific antibodies in said sample. present).
前記ウイルスはDNAウイルスである、請求項3~23の何れか一項に記載に記載の方法。 A method according to any one of claims 3 to 23, wherein said virus is a DNA virus. 前記DNAウイルスは、マイオウイルス科、ポドウイルス科、サイフォウイルス科、アロヘルペスウイルス科、ヘルペスウイルス科(ヒトヘルペスウイルス、および水痘帯状疱疹ウイルスを含む)、マロコヘルペスウイルス科、リポスリクスウイルス科,ルディウイルス科、アデノウイルス科、アンプラウイルス科、アスコウイルス科、アスファウイルス科(アフリカ豚コレラウイルスを含む)、バキュロウイルス科、シカウダウイルス科(Cicaudaviridae)、クラバウイルス科(Clavaviridae)、コルチコウイルス科(Corticoviridae)、フセロウイルス科、グロブロウイルス科、グッタウイルス科、ヒトロサウイルス科、イリドウイルス科、マセイレウイルス科(Maseilleviridae)、ミミウイルス科、ヌディウイルス科、ニマウイルス科、パンドラウイルス科、パピローマウイルス科、フィコドナウイルス科、プラズマウイルス科、ポリドナウイルス科、ポリオーマウイルス科(シミアンウイルス40、JCウイルス、BKウイルスを含む)、ポックスウイルス科(牛痘および天然痘を含む)、スファエロリポウイルス科(Sphaerolipoviridae)、テクティウイルス科、ツリウイルス科(Turriviridae)、ディノドナウイルス(Dinodnavirus)、サルテロプロウイルス(Salterprovirus)、リジドウイルス(Rhizidovirus)、またはこれらの組合せである、請求項24に記載の方法。 The DNA viruses include Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae, Alloherpesviridae, Herpesviridae (including human herpesvirus and varicella-zoster virus), Marocoherpesviridae, Lipothrixviridae, Rudivirus. Adenoviridae, Amplaviridae, Ascoviridae, Asphaviridae (including African swine fever virus), Baculoviridae, Cicaudaviridae, Clavaviridae, Corticoviridae ( Corticoviridae), Fuseroviridae, Globroviridae, Guttaviridae, Humanrosaviridae, Iridoviridae, Maseilleviridae, Mimiviridae, Nudiviridae, Nimaviridae, Pandoraviridae, Papillomaviruses family, Phycodnaviridae, Plasviridae, Polidnaviridae, Polyomaviridae (including Simianvirus 40, JC virus, BK virus), Poxviridae (including cowpox and smallpox), Sphaerolipovirus 25. The virus of claim 24, which is of the Sphaerolipoviridae, Tectiviridae, Turriviridae, Dinodnavirus, Salterprovirus, Rhizidovirus, or combinations thereof. Method. 前記ウイルス感染は二本鎖RNAウイルス、プラス鎖RNAウイルス、マイナス鎖RNAウイルス、レトロウイルス、またはこれらの組合せによって生じる、請求項3~23の何れか一項に記載に記載の方法。 24. The method of any one of claims 3-23, wherein said viral infection is caused by a double-stranded RNA virus, a positive-stranded RNA virus, a negative-stranded RNA virus, a retrovirus, or a combination thereof. 前記ウイルスはコロナウイルス科ウイルス、ピコルナウイルス科ウイルス、カリシウイルス科ウイルス、フラビウイルス科ウイルス、トガウイルス科ウイルス、ボルナウイルス科、フィロウイルス科、パラミクソウイルス科、ニューモウイルス亜科、ラブドウイルス科、アレナウイルス科、ブニヤウイルス科、オルトミクソウイルス科、またはデルタウイルスである、請求項26に記載の方法。 Said viruses are Coronaviridae, Picornaviridae, Caliciviridae, Flaviviridae, Togaviridae, Bornaviridae, Filoviridae, Paramyxoviridae, Pneumoviridae, Rhabdoviridae , Arenaviridae, Bunyaviridae, Orthomyxoviridae, or Deltavirus. 前記ウイルスはコロナウイルス、SARS、ポリオウイルス、ライノウイルス、A型肝炎、ノーウォークウイルス、黄熱ウイルス、西ナイルウイルス、C型肝炎ウイルス、デング熱ウイルス、ジカウイルス、風疹ウイルス、ロスリバーウイルス、シンドビスウイルス、チクングニアウイルス、ボルナ病ウイルス、エボラウイルス、マールブルウイルス、麻疹ウイルス、ムンプスウイルス、ニパウイルス、ヘンドラウイルス、ニューカッスル病ウイルス、ヒト呼吸器多核体ウイルス、狂犬病ウイルス、ラッサウイルス、ハンタウイルス、クリミア・コンゴ出血熱ウイルス、インフルエンザ、またはD型肝炎ウイルスである、請求項26に記載の方法。 Said viruses are coronavirus, SARS, poliovirus, rhinovirus, hepatitis A, Norwalk virus, yellow fever virus, West Nile virus, hepatitis C virus, dengue virus, Zika virus, rubella virus, Ross River virus, Sindbis Viruses, Chikungunya virus, Borna virus, Ebola virus, Marble virus, Measles virus, Mumps virus, Nipah virus, Hendra virus, Newcastle disease virus, Human respiratory syncytial virus, Rabies virus, Lassa virus, Hantavirus, Crimea virus 27. The method of claim 26, which is Congo hemorrhagic fever virus, influenza, or hepatitis D virus. 試料中の1種以上の微生物を検出する方法であって、
試料を請求項1または2の何れかによる核酸検出システムに接触させること;および
前記接触させた試料を側流免疫クロマトグラフアッセイにかけることを含む、方法。
A method of detecting one or more microorganisms in a sample, comprising:
A method comprising contacting a sample with a nucleic acid detection system according to any of claims 1 or 2; and subjecting said contacted sample to a lateral flow immunochromatographic assay.
前記核酸検出システムは、第一の分子および第二の分子を含むRNA系マスキング構築物を含み、前記側流免疫クロマトグラフアッセイは、好ましくは横型フローストリップ表面の個別の検出部位で前記第一の分子および第二の分子を検出することを含む、請求項29に記載の方法。 Said nucleic acid detection system comprises an RNA-based masking construct comprising a first molecule and a second molecule, said lateral flow immunochromatographic assay preferably detecting said first molecule at discrete detection sites on the horizontal flow strip surface. and detecting the second molecule. 前記第一の分子および前記第二の分子は、前記第一または第二の分子を認識する抗体に結合し、かつ前記結合した分子を好ましくはサンドイッチ抗体により検出することで検出される、請求項30に記載の方法。 3. The first molecule and the second molecule are detected by binding to an antibody that recognizes the first or second molecule and detecting the bound molecule, preferably with a sandwich antibody. 30. The method according to 30. 前記横型フローストリップは、前記第一の分子に向けられた上流の第一の抗体、および前記第二の分子に向けられた下流の第二の抗体を含み、前記標的核酸が前記試料中に存在しない場合は未切断のRNA系マスキング構築物が前記第一の抗体と結合し、前記標的核酸が前記試料中に存在する場合は切断されたRNA系マスキング構築物が前記第一の抗体と前記第二の抗体の両方に結合する、請求項30または31に記載の方法。 said horizontal flow strip comprising an upstream first antibody directed against said first molecule and a downstream second antibody directed against said second molecule, wherein said target nucleic acid is present in said sample; Otherwise, the uncleaved RNA-based masking construct binds to the first antibody, and if the target nucleic acid is present in the sample, the cleaved RNA-based masking construct binds to the first antibody and the second antibody. 32. The method of claim 30 or 31, which binds both antibodies. ウイルスを検出する方法であって、
試料を対象者から得ること(ここで、前記試料は尿、血清、血液、または唾液である);
前記試料RNAを増幅すること;
前記試料を、エフェクタータンパク質、対応するウイルスに特異的な標的分子に結合するように設計された1種以上のガイドRNA、およびRNA系マスキング構築物と混合すること;
前記1種以上のガイドRNAを前記1種以上のウイルスに特異的な標的分子に結合させることで前記RNAエフェクタータンパク質を活性化すること(ここで、前記CRISPRエフェクタータンパク質を活性化させると、検出可能な陽性信号が生成されるように前記RNA系マスキング構築物が修飾される);および
前記信号を検出すること(ここで、前記信号の検出は前記ウイルスが存在することを示す)ことを含み、
前記方法は、前記試料からRNAを抽出する工程を含まない、方法。
A method of detecting a virus, comprising:
obtaining a sample from a subject, wherein said sample is urine, serum, blood, or saliva;
amplifying the sample RNA;
mixing said sample with an effector protein, one or more guide RNAs designed to bind to a corresponding virus-specific target molecule, and an RNA-based masking construct;
activating said RNA effector protein by binding said one or more guide RNAs to said one or more virus-specific target molecules, wherein activation of said CRISPR effector protein is detectable said RNA-based masking construct is modified such that a positive signal is produced); and detecting said signal, wherein said detection of said signal indicates said virus is present;
A method, wherein the method does not include the step of extracting RNA from the sample.
前記増幅工程は2時間、1時間、30分間、20分間、および10分間からなる群より選択される継続時間である、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein said amplifying step is of duration selected from the group consisting of 2 hours, 1 hour, 30 minutes, 20 minutes, and 10 minutes. 前記検出工程は3時間、2時間、1時間、30分間、20分間、および10分間からなる群より選択される継続時間である、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein said detection step is of duration selected from the group consisting of 3 hours, 2 hours, 1 hour, 30 minutes, 20 minutes, and 10 minutes. 検出に必要な試料の容積は100μl~1μlである、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein the volume of sample required for detection is between 100 μl and 1 μl. 前記ウイルスはジカウイルスである、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein said virus is Zika virus. 前記試料は2種類以上のウイルスを含み、前記2種類以上のウイルスを区別する、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein said sample contains two or more viruses, and wherein said two or more viruses are distinguished. 前記RNA系マスキング構築物は、検出可能なリガンドおよびマスキング成分が付加されるRNAオリゴヌクレオチドを含む、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein said RNA-based masking construct comprises an RNA oligonucleotide to which a detectable ligand and masking moiety are attached. 前記方法は、前記試料RNAを増幅する前にヌクレアーゼ不活性工程およびウイルス不活性工程をさらに含む、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein said method further comprises a nuclease inactivation step and a virus inactivation step prior to amplifying said sample RNA. 前記ヌクレアーゼ不活性工程は37℃~50℃の範囲の温度で行われる、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, wherein said nuclease inactivation step is performed at a temperature in the range of 37°C to 50°C. 前記ヌクレアーゼ不活性工程は、5分間、10分間、15分間、および20分間から選択される継続時間である、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, wherein said nuclease inactivation step is of duration selected from 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes and 20 minutes. 前記ウイルス不活性工程は64℃~95℃の範囲の温度で行われる、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, wherein said viral inactivation step is performed at a temperature in the range of 64°C to 95°C. 前記ウイルス不活性工程は5分間である、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, wherein said virus inactivation step is 5 minutes.
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